Geri dönüştürülmüş E-atık PVC lifleri ile takviye edilmiş betonun mekanik, mikro yapısal ve serbest titreşim özellikleri

Eski Kabloları Daha Dayanıklı, Daha Sessiz Betona Dönüştürmek

Her yıl, atıl kalan elektrik kablolarının dağları birikiyor ve büyüyen bir atık sorunu oluşturuyor. Bu çalışma, bu atıklardan bazılarına ikinci bir hayat verme konusunda beklenmedik bir yaklaşımı araştırıyor: plastik kaplı bakır telleri parçalayıp betona karıştırmak. Araştırmacılar, bu geri dönüştürülmüş liflerin betonun yalnızca daha güçlü olmasını mı sağladığını yoksa trafik, rüzgâr veya makineler nedeniyle yapıların daha az mı titreştiğine de yardımcı olup olmadığını araştırmak istediler.

E-Atık Yığınıdan Yapı Malzemesine

Ekip, imhaya giden elektrik kabloları ile başladı. Dış kılıfı soydular ve izoleli bakır iletkenleri 30 veya 50 milimetre uzunluğunda kısa parçalara kestiler. Beton karışımında bu parçalar, plastik (PVC) kaplaması çimentoyla temas ederken bakır çekirdeğin içeride kaldığı küçük takviye iplikçikleri gibi davranıyor. Araştırmacılar standart, yüksek kaliteli bir beton hazırlayıp ardından farklı miktarlarda bu lifleri içeren birkaç versiyon ve karşılaştırma için lif içermeyen düz bir “kontrol” karışıma göre örnekler ürettiler. Basınç testleri için küpler, eğilme testleri için kirişler ve serbest titreşim davranışını incelemek üzere daha uzun kirişler döküp bunları itip salıverdikten sonra nasıl davrandıklarını incelediler.

Güç ve Denge: Basınca ve Eğilmeye Karşı

Beton küpler sıkıştırıldığında, ağırlıkça %0,8 gibi orta düzeyde bir lif içeriği en yüksek basınç dayanımını verdi; bu, düz betona göre yaklaşık %8 daha yüksekti. Bu noktadan sonra daha fazla lif eklemek, muhtemelen ekstra liflerin kümelenip küçük zayıf noktalar veya ilave gözenekler oluşturması nedeniyle, saf basınca karşı malzemeyi biraz zayıflattı. Ancak eğilme testlerinde durum tersine döndü. Lif içeriği %1,2’ye kadar arttıkça kirişler çatlamaya karşı giderek daha dirençli hale geldi ve kontrol örneğine göre eğilme dayanımında %22’den fazla artış sağladı. Daha uzun lifler (50 milimetre), betonda daha fazla “gömülme” sağladıkları için daha kısa liflere kıyasla eğilmeye karşı ekstra bir avantaj sundu; böylece daha geniş çatlakları köprüleyebiliyor ve çekilip çıkmadan önce daha fazla enerji emebiliyorlardı.

Günlük Yapılarda Titreşimleri Sönümlendirme

Birçok beton yapı—sanayi döşemeleri, ağır makineler altındaki temeller, yükseltilmiş yollar—sürekli hareketli yüklerin etkisiyle sallanır. Bir malzemenin bu hareketi emme yeteneği, sönüm oranı ile ölçülür: daha yüksek bir değer titreşimlerin daha hızlı kaybolduğu anlamına gelir. Araştırmacılar her bir kirişin bir ucunu bir atlama tahtası gibi sabitledi, serbest ucu bilinen bir kuvvetle aşağı çekip bıraktı. Ucuna takılı küçük bir hareket sensörünü ucuz bir mikrokontrolöre bağlayarak titreşen kirişin nasıl yavaşça durduğunu kaydettiler. Ölçülen hareketi basit bir “azalan dalga” modeline uydurarak enerjinin ne kadar hızlı kaybolduğunu çıkardılar. En yüksek lif içeriğine sahip kirişler (%1,2) özellikle daha büyük titreşim genliklerinde, düz betona kıyasla yaklaşık %7,5’e kadar daha yüksek sönüm oranları gösterdi. Lif uzunluğu hafifçe etkiledi—daha uzun lifler sönümü birkaç puan artırdı—ancak lif miktarı daha belirleyiciydi.

Beton İçinde Neler Oluyor

Mikroskobik düzeyde neler olduğunu görmek için ekip, test numunelerinin kırık parçalarını taramalı elektron mikroskobu ile inceledi. Lifleri çevreleyen yoğun, iyi oluşmuş bir çimento hamuru ve beton sertleştikçe gelişen tipik kristal yapılar buldular. Liflerin çimento ile buluştuğu sınır bölgelerde, lif yüzeylerine yapışmış sertleşmiş hamur ve kontrollü ayrılma ile çekilme izleri gözlemlediler. Bazı durumlarda, çatlama sırasında plastik kaplamanın bakır çekirdekten kısmen soyulduğu görüldü. Bu özellikler sürtünmeli ve zorlayıcı bir ara yüzeye işaret ediyor: çatlaklar açılmaya çalıştıkça lifler gerilir, kayar ve kademeli olarak çekilerek mekanik enerjiyi zararsız ısıya ve mikroskobik hasara dönüştürüyor; ani, gevrek kırılma veya uzun süreli titreşimlere izin vermiyorlar.

Daha Yeşil, Daha Akıllı İnşaatlar İçin Neden Önemli

Basitçe söylemek gerekirse, bu araştırma elektronik atıklardan ince doğranmış izoleli tellerin betona aynı anda iki değerli özellik kazandırabileceğini gösteriyor: eğilme çatlaklarına karşı daha iyi direnç ve titreşimleri hafifçe sönümlendirme; üstelik sorunlu bir atık akışını değerlendirmiş oluyor. Eklenen lif miktarıyla ilgili bir tatlı nokta var: basınç dayanımını korumak için yaklaşık %0,8 ve titreşim kontrolü ile çatlak direnci öncelikliyse yaklaşık %1,2’ye kadar olan aralık öneriliyor. Malzeme davranışını test düzeneğinden tamamen ayırmak için daha ayrıntılı testler hâlâ gerekli olsa da, sonuçlar eski kabloları mikroskobik takviyelere dönüştürmenin daha dayanıklı, daha sessiz ve daha sürdürülebilir beton yapılar yönünde pratik bir adım olabileceğini öne sürüyor.

Atıf: Admasu, M.B., Gissila, B., Aklilu, A. et al. Mechanical, microstructural, and free-vibration characteristics of concrete reinforced with recycled E-waste PVC fibers. Sci Rep 16, 14325 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44699-8

Anahtar kelimeler: geri dönüştürülmüş beton, e-atık lifleri, PVC lif takviyesi, titreşim sönümlenmesi, sürdürülebilir inşaat