Artan Sıcaklıklarda Kırma Kauçuk Beton Dayanımının Deneysel ve Makine Öğrenmesiyle Değerlendirilmesi

Eski Lastiklerden Daha Güvenli Yapılar Yaratmak

Dünya çapında aşınmış otomobil lastik yığınları birikiyor; çöplüklerde yer kaplıyor ve yangın riski oluşturuyor. Umut vaat eden bir fikir, bu lastikleri küçük kırıntılara öğütüp betona karıştırarak, doğal kum yerine atığı yeniden kullanan yapılar ve yollar inşa etmek. Bu çalışma, kırma kauçuk betonun yangın sırasında olduğu gibi çok ısındığında nasıl davrandığını inceliyor ve modern bilgisayar araçlarının her karışımı laboratuvarda test etmek zorunda kalmadan mühendislerin dayanımı tahmin etmesine nasıl yardımcı olabileceğini gösteriyor.

Atık Yığınlardan Beton Karışımına

Araştırmacılar, beton içindeki lastik kauçuğunun neden cazip ve aynı zamanda zorlayıcı olduğunu ele alarak başlıyor. Kauçuk parçacıkları betonu daha hafif, darbeleri daha iyi sönümleyen ve ani kırılmalara karşı daha dirençli hale getirebilir. Ancak kauçuğun sertleşmiş çimentolu harçla iyi bağlanmaması malzemeyi zayıflatır. Bu zayıf bağlanma ve kauçuğun etrafındaki ek hava boşlukları, hem betonun taşıyabileceği yükü hem de çekme altında bir arada kalma yetisini azaltma eğilimindedir. Önceki çalışmalar birçok kauçuk karışımını test etmiş olsa da, bu karışımların farklı sıcaklıklar ve kür koşulları altında nasıl davranacağını açık ve güvenilir şekilde tahmin edecek kesin bir yöntem hâlâ yoktu.

Laboratuvarda Kauçuk Betonun Isıtılması

Bu sorunu ele almak için ekip, ince kumun bir kısmının %10, %20 ve %30 oranlarında kırma kauçuk ile değiştirildiği birkaç beton karışımı hazırladı. Silindirik numuneler döküp onları sertleştirdiler, ardından sıkıştırma ve parçalama testleri yapmadan önce 200 derece Santigrat’a kadar farklı sıcaklıklara maruz bıraktılar ve sıkıştırma ile çekme dayanımını ölçtüler. Beklendiği gibi, daha fazla kauçuk eklemek oda sıcaklığında dayanımı azalttı; çünkü beton daha az yoğun hale geldi ve kauçuk parçacıkları iç iskelette daha zayıf bağlantılar oluşturdu. Isıtma çoğu durumda durumu kötüleştirdi: kauçuk ayrışmaya ve genişlemeye başladıkça daha fazla küçük boşluk ve mikroçatlak oluştu, bu da özellikle en yüksek kauçuk içeriğine sahip karışımlarda dayanımı daha da erozyona uğrattı.

Bilgisayarlara Dayanımı Öğretmek

Sadece yeni testlere dayanmak yerine, araştırmacılar önceki çalışmalarda bildirilen binin üzerinde kauçuk beton karışımından oluşan geniş bir veri tabanı da derlediler. Her karışım için çimento, ilave tozlar, kauçuk oranı, su miktarı, kür sıcaklığı ve yaşı gibi bileşenleri ile birlikte ölçülmüş sıkıştırma ve çekme dayanımlarını kaydettiler. Ardından reçete ile ortaya çıkan dayanım arasındaki bağlantıyı öğrenmek için dokuz farklı makine öğrenmesi modelini eğittiler. XGBoost, Light Gradient Boosting ve çok katmanlı algılayıcı (multilayer perceptron) gibi sofistike yaklaşımlar en doğru tahminleri verdi; hem basınç hem de çekme için sonuçlar gerçek test değerleriyle yakından eşleşti.

Hangi Bileşenlerin En Önemli Olduğunu Görmek

Bu dijital tahminleri anlamlandırmak için ekip, her girdiye nihai cevapta düşen sorumluluk payını atayan bir yorumlanabilirlik yöntemi kullandı. Bu, ince agrega yerine ne kadar kauçuk kullanıldığını, su miktarının çimentoya oranını ve betonun yaşını sıkıştırma ve çekme dayanımlarının en güçlü belirleyicileri olarak ortaya koydu. Özellikle ince agrega yerine kauçuk kullanımı öne çıktı; karışım içindeki küçük partiküllerin değiştirilmesinin malzemenin davranışı üzerinde büyük etkisi olduğunu doğruladı. Silika külü gibi diğer katkılar faydalı olsa da daha az baskındı; çalışılan aralıktaki kür sıcaklığı ise birleşik veri tabanında beklenenden daha küçük bir rol oynadı.

Daha Yeşil İnşaat İçin Anlamı

Uzman olmayanlar için ana mesaj şudur: Doğranmış lastik kullanmak atıkları azaltmaya yardımcı olabilir ancak malzeme genellikle dayanımı düşürür, özellikle yüksek ısıya maruz kaldığında. Çalışma, belirli bir karışım ve sıcaklık için ne kadar dayanım beklenmesi gerektiği biliniyorsa bu kaybın yönetilebileceğini gösteriyor. Titiz laboratuvar testlerini güçlü bilgisayar modelleriyle harmanlayarak yazarlar, kırma kauçuk betonun nasıl performans göstereceğini hızla tahmin edebilecek bir araç sunuyor; bu da günlük yüklerin ve olası yangınların bulunduğu yapılarda daha güvenli tasarımlara ve geri dönüştürülmüş malzemelerin daha akıllıca kullanımına rehberlik eder.

Atıf: Alameri, M., Alsulami, B.T. Experimental and machine learning evaluation of crumb rubber concrete strength at elevated temperatures. Sci Rep 16, 15616 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44147-7

Anahtar kelimeler: kırma kauçuk beton, atık lastik geri dönüşümü, artan sıcaklık, makine öğrenmesi modelleri, beton dayanımı