ML tahmini ile desteklenen mermer tozu–lif betonunun mekanik ve dayanıklılık değerlendirmesi

Yapı Atıklarını Yararlı Bir Kaynağa Dönüştürmek

Beton modern şehirlerin omurgasıdır, ancak onun ana bileşeni olan çimentonun üretimi büyük miktarda karbondioksit yayımlar. Aynı zamanda sanayi, güvenli şekilde bertaraf edilmesi zor büyük miktarlarda mermer tozu ve plastik atık üretir. Bu çalışma, bu iki sorunun birbirine çözüm olup olamayacağını araştırıyor: atık mermer tozu ve geri dönüştürülmüş plastik lifler betona katılarak onu sadece daha çevreci değil, aynı zamanda daha güçlü ve daha uzun ömürlü hâle getirebilir mi, modern makine öğrenmesi araçlarının yardımıyla?

Betona Taş Tozu ve Plastik İplikler Karıştırmak

Araştırmacılar iki atık malzemeye odaklandı. Mermer tozu, kesme ve parlatma işlemlerinden çıkan kalsiyum karbonatça zengin ince bir tozdur. Polipropilen lifler ise atılmış plastik ürünlerden kesilerek elde edilen kısa tellerdir. Çalışmada, standart bir yapısal betondaki çimento %0 ile %20 arasında mermer tozu ile kısmen değiştirilirken, lifler %0 ile %1 hacim oranında küçük eklemelerle katıldı. Bu şekilde, aynı agrega ve su içeriğiyle hazırlanan 25 farklı karışım kombinasyonu oluşturuldu; böylece davranıştaki her değişiklik toz ve liflere bağlanabilecek şekilde izlenebildi.

Dayanım, Çatlama ve Suya Direnç Testleri

Her karışım, bir binanın gerçek taleplerini taklit eden eksiksiz bir test dizisinden geçti. Araştırmacılar taze betonun kalıplara ne kadar kolay aktığını ölçtü, ardından ağırlığını ve sıkılığını kontrol ettiler. Kürleme sonrasında betonun ezilmeden önce ne kadar basınca dayanabildiği, çekme veya eğilme altında nasıl davrandığı ve suyun içine ne kadar kolay nüfuz ettiği veya üzerinde ne kadar hızlı aktığı test edildi. Ayrıca numuneler asidik çözeltilere maruz bırakılarak ne kadar hızlı bozuldukları incelendi. Bu geniş bakış, yalnızca en güçlü karışımları değil, aynı zamanda dayanıklılık, işlenebilirlik ve sıkılık arasında dengeli olanları da ortaya koydu.

Performans İçin Doğru Noktayı Bulmak

Sonuçlar, mermer tozu ve plastik liflerin belli bir noktaya kadar birbirini tamamlayıcı şekilde çalışabileceğini gösterdi. Çimentonun yaklaşık %10’u civarındaki ılımlı toz içeriği, ince partiküllerin betondaki çok küçük boşlukları doldurarak daha sıkı bir yapı oluşturmasına ve dayanımın artmasına yardımcı oldu. Aynı zamanda hacimce yaklaşık %0,6 ile %0,8 arasındaki lifler, yük altında mikroçatlakları bir arada tutan küçük dikişler gibi davranarak, ayrılma ve eğilme dayanımını sıradan betona göre kabaca dörtte bir ila üçte bir oranında artırdı. Bu kombinasyonlar daha az su emdi ve suyun içinden daha yavaş geçmesine izin verdi; bunlar daha yoğun, daha dayanıklı bir iç yapının işaretleriydi. Ancak her iki bileşen de çok fazla artırıldığında, karışımın işlenmesi zorlaştı, daha fazla hava hapsoldu ve kademeli olarak dayanım kaybı görüldü.

Daha Yeşil Karışım Tasarımlarına Algoritmaların Yol Göstermesi

Sadece deneme‑yanılmaya dayanmaktansa, ekip deneysel verileri üzerinde birkaç makine öğrenmesi modeli eğitti. Bu algoritmalar, mermer tozu, lif içeriği ve diğer karışım değişkenlerindeki değişikliklerin dayanım, su emme ve geçirgenlik gibi temel özellikleri nasıl etkilediğini öğrendi. En iyi performans gösteren modeller, yapay sinir ağları ve rastgele ormanlara dayananlar, test sonuçlarını çok yakından yeniden üretebildi. Ardından bu modeller, tasarım uzayında en dengeli reçeteyi aramak için bir optimizasyon rutininin içinde kullanıldı. Modelin önerdiği optimum—yaklaşık %10 mermer tozu ve %0,6 lif—deneysel olarak gözlemlenen “doğru nokta” ile örtüştü ve veri odaklı araçların kapsamlı laboratuvar kampanyalarına ihtiyaç duymadan geleceğin eko‑beton tasarımlarını güvenilir şekilde yönlendirebileceğini doğruladı.

Gelecekteki Yapılar İçin Anlamı

Uzman olmayanlar için çıkarım açık: beton sadece taş, kum ve çimentodan oluşan basit bir karışım olmak zorunda değil. Endüstriyel atıklar gibi mermer tozu ve geri dönüştürülmüş plastik lifleri akıllıca dahil ederek mühendisler çimento kullanımını azaltabilir, atıkları daha iyi değerlendirebilir ve aynı zamanda daha az çatlayan ve suyu daha etkili şekilde engelleyen betonlar üretebilir. Bu çalışma en iyi sonuçların dikkatle dengelenmiş oranlardan elde edildiğini ve yapay zekânın bu dengeleri belirlemede yardımcı olabileceğini gösteriyor. Yaygın şekilde benimsenirse, bu tür optimize edilmiş karışımlar inşaatın çevresel ayak izini kademeli olarak azaltırken günlük olarak güvendiğimiz yapıların dayanımını artırabilir.

Atıf: Sai, A.N., Sakthivel, M., Arunvivek, G.K. et al. Mechanical and durability assessment of marble dust–fiber concrete supported by ML prediction. Sci Rep 16, 10106 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40874-z

Anahtar kelimeler: sürdürülebilir beton, mermer tozu, geri dönüştürülmüş plastik lifler, dayanıklılık, makine öğrenmesi