Pirinç kabugu kurüsü ve GGBS kullanılarak sürdürülebilir çimento alternatifleri ile geopolymer betonun dayanım ve maliyet analizi

Atıkları Daha Dayanıklı Yapılara Dönüştürmek

Beton modern şehirlerin omurgasıdır, ancak ana bileşeni olan Portland çimentosunun üretilmesi atmosfere büyük miktarda karbondioksit salar. Bu çalışma daha temiz bir inşa yolunu araştırıyor: çimentonun büyük bir kısmını sanayi ve tarım atıkları ile değiştirmek; özellikle çelik üretiminin yan ürünü öğütülmüş yüksek fırın cürufu (GGBS) ve enerji için pirinç kabuklarının yakılmasından arta kalan pirinç kabuğu külü (RHA). Araştırmacıların sorduğu basit ama kritik soru şudur: bu atıklar güçlü, dayanıklı, ekonomik ve çevreye daha dost beton üretebilir mi?

Pirinç Kabukları ve Çelik Cürufunun Önemi

Pirinç dünya genelinde, özellikle Hindistan gibi ülkelerde geniş ölçüde yetiştirilir; geride genellikle yakılarak kül haline getirilen ve çoğunlukla atık sahalarına giden büyük miktarda kabuk bırakır. Aynı zamanda çelik üretimi, betonda reaksiyona girebilen ince cüruf tozu üretir. Hem RHA hem de GGBS, betonun bağlanmasına yardımcı olan temel bileşenler açısından zengindir; bu da onları çimentonun yerini alabilecek umut verici adaylar yapar. Bu malzemelerin kullanılması yalnızca atıkları geri dönüştürmekle kalmaz, aynı zamanda yeni çimentoya olan ihtiyacı azaltarak karbon emisyonlarını önemli ölçüde düşürme ve atık sahaları üzerindeki baskıyı hafifletme potansiyeli taşır.

Yeni Bir Yeşil Beton Türü Tasarlamak

Araştırma ekibi, tozları (GGBS ve RHA gibi) etkinleştirmek için çimento yerine alkalin sıvılar kullanan geopolimer beton olarak bilinen bir bağlayıcı tipi üretti. M40, M50 ve M60 olarak adlandırılan, normalden yüksek mukavemete kadar kabaca karşılık gelen üç yaygın dayanım düzeyi için karışımlar tasarladılar. Her sınıf için GGBS, dört seviyede pirinç kabuğu külü ile değiştirildi: %0, %10, %20 ve %30. Daha sonra tozları etkinleştiren sodyum hidroksit çözeltisinin molaritesini değiştirdiler ve deney küplerini oda sıcaklığında kürlediler. Küplerin 1, 3, 7 ve 28 günde ne kadar sertleştiğini dikkatle ölçerek hangi kombinasyonların en iyi performansı verdiğini belirlediler.

Dayanım İçin Uygun Noktayı Bulmak

Sonuçlar belirgin bir desen gösterdi. Yalnızca GGBS ile yapılan beton zamanla zaten hızla dayanım kazandı, ancak %10 RHA eklemek bunu daha da iyileştirdi. Üç sınıfın tümünde, %90 GGBS ve %10 RHA içeren karışımlar 28 günde en yüksek basınç dayanımlarına ulaştı ve pirinç kabuğu külü içermeyen karışımları biraz geride bıraktı. İnce, silika açısından zengin kül, gözenekleri doldurmaya yardımcı olur ve cürufla reaksiyona girerek ek bağlayıcı jel oluşturur; bu da daha yoğun ve daha güçlü bir malzeme ortaya çıkarır. Ancak RHA oranı %20 ve %30’a çıktığında dayanım keskin bir şekilde düştü—%10 karışıma kıyasla %30–%60’a varan azalmalar görüldü—çünkü erken dayanım için gerekli kalsiyum sağlayan GGBS aşırı derecede azaltılmış oldu.

Zorlu Koşullara Dayanma

Sadece dayanım yeterli değildir; beton aynı zamanda zorlu ortamlara da dayanmalıdır. Dayanıklılığı test etmek için araştırmacılar küpleri 60 güne kadar güçlü bir sülfürik asit çözeltisine daldırdı ve hem dayanım kaybını hem de ağırlık kaybını izlediler. Tüm karışımlar asitte zamanla belli bir dayanım kaybı yaşadı, ancak %10 RHA içerenler tutarlı şekilde en iyi performansı gösterdi; 60 gün sonra yalnızca yaklaşık %2 dayanım kaybı ve yaklaşık %1,9 ağırlık kaybı görüldü. %20 ve %30 RHA içeren karışımlar çok daha büyük hasar gördü; bu da aşırı kül içeriğinin malzemeyi kimyasal tahribe karşı daha savunmasız kıldığını doğruladı. Çalışma ayrıca alkalin etkinleştirici konsantrasyonunun performansı nasıl etkilediğini inceledi ve daha yüksek molarite çözeltilerin genel olarak daha yüksek dayanımlar sağladığını, özellikle daha yüksek sınıf karışımlar için belirledi.

Daha Az Maliyetle Daha Yeşil İnşa Etmek

Performansın yanı sıra ekip, aynı dayanım sınıfları için geopolimer beton ile geleneksel çimento betonu arasındaki malzeme maliyetlerini karşılaştırdı. Geopolimer karışımlar alkalin çözeltiler ve biraz daha fazla agrega gerektirse de, en pahalı ve en fazla karbon yoğunluğuna sahip bileşen olan çimentoyu çok daha az kullanırlar. %10 RHA ikamesinde optimize edildiğinde, yeşil beton karışımları M40, M50 ve M60 sınıflarında sırasıyla yaklaşık %13, %16 ve %30 üretim maliyeti tasarrufu sağladı; yani daha çevreci seçenek özellikle daha yüksek dayanım uygulamalarında daha ekonomiktir.

Günlük İnşaat İçin Ne Anlama Geliyor

Uzman olmayan biri için mesaj açıktır: çelik endüstrisi cürufu ile pirinç tarımı atığını dikkatli bir şekilde harmanlayarak, mühendisler güçlü, asit saldırısına karşı makul derecede dirençli ve geleneksel çimento betonundan önemli ölçüde daha ekonomik yapısal malzemeler üretebilir. Çalışma, performans ve dayanıklılığın maksimize edildiği; maliyetlerin ve çevresel etkinin minimize edildiği pratik bir “tatlı nokta” olarak yaklaşık %10 RHA ikamesini belirtiyor. Ölçeklendirilirse, bu yaklaşım iki büyük atık akışını değerli yapı kaynaklarına dönüştürebilir; şehirlerin büyürken hem kirliliği hem de inşaat masraflarını azaltmasına yardımcı olabilir.

Atıf: Reddy, N.G., Karikatti, V.B., Pratap, B. et al. Strength and cost analysis of geopolymer concrete using rice husk ash and GGBS as sustainable cement alternatives. Sci Rep 16, 12922 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43705-3

Anahtar kelimeler: geopolimer beton, pirinç kabuğu külü, GGBS, sürdürülebilir inşaat, çimento alternatifleri