Atık pet şişeleri, kalker, pomza, bazalt ve kuvars kumlar ile birlikte bir kazanda 200 derece sıcaklıkta eritilmesiyle elde edilen betondur. Elbistan Meslek Yüksek Okul Müdürü Doç. Dr. Hanifi Binici’nin ilk kez 2011 yılında başarıyla sonuçlandırdığı bir çalışma vardır.
Atık pet şişelerle ilgili çalışma ne zaman yapıldı?
Emlakkulisi.com’un 28 Temmuz 2011 tarihli haberine göre; kullanıldıktan sonra çevreye atılan plastik pet şişelerden çimentosuz beton üretildi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi (KSÜ) Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Doç. Dr. Hanifi Binici, çalışmanın başarıyla sonuçlandığını söyledi.
Pet şişelerden çimentosuz beton nasıl üretildi?
Söz konusu çalışma kapsamında toplanan atık pet şişeleri değişik kaynaklardan elde edilen kalker, pomza, bazalt ve kuvars kumlar ile birlikte bir kazanda 200 derece sıcaklıkta erittiklerini belirten Binici, ''Erime tamamlandıktan sonra bunları kalıp haline getirdik. Elde edilen betonlar üzerinde eğilme, basınç, su emme ve aşınma deneyleri yaptık. Yaptığımız deneylerde orta çıkan betonun su emme ve aşınma değerleri sıfıra yakın bulundu. Basınç değerleri çok yüksek ve dayanıklı'' dedi.
Elde edilen betonun esnek bir yapıya sahip olduğunu ve çimentosuz olması nedeniyle özelikle suyun kullanıldığı yapılarda kullanılabileceğini aktaran Binici, ''Hem maliyeti ucuz, hem de işlemesi kolay'' diye konuştu.
Binici, betonun ısı iletkenlik değerlerinin çok yüksek olduğunu, dayanıklılık testinde de ''çimentosuz beton''un çimentolu betondan yüzde 12 daha sağlam çıktığını belirterek, ''Ürettiğimiz beton, hem doğal aynı zamanda çevreci bir betondur. Bir o kadar da dayanıklıdır.
Tüm bunları göz önüne alarak plastiklerin geri kazanımına üniversite olarak önem verdik ve plastik petleri toplayarak çimentosuz betonu ortaya çıkardık. Biz bu çalışmamızla önemli bir görevi üstlendik. Ancak pet geri dönüşümünün özendirilmesi gerekiyor. Petlerin bizim yaptığımız gibi gerek sanayi sektöründe gerekse evsel kullanım sonrasında çöpe karışmadan toplanabilmesi yönünde halkın bilinçlendirilmesi ve özendirilmesi gerekiyor. Getirsinler bize petleri biz de çimentosuz beton yapalım'' dedi.
Binici, pet atıklarının beton olması için en son neler yaptı?
Elbistan Meslek Yüksek Okulu (EMYO), yıl içerisinde topladığı pet şişe ve kağıt atıklarını, 5 Haziran 2013 tarihinde kutlanan Dünya Çevre Günü'nde geri dönüşüme gönderdi. Elbistan Meslek Yüksek Okul Müdürü Doç. Dr. Hanifi Binici, bu tür faaliyetler ve çalışmaları her zaman sürdüreceklerini ifade ederek, "5 Haziran Dünya Çevre Günü kutlama etkinliklerimiz çerçevesinde okulumuzda yıl içerisinde toplanmış olan, dönüşüme gidecek olan pet ve kağıt atıklarının değerlendirilmesiyle ilgili güzel bir çalışmayı sonuçlandırmış oluyoruz. Esasında üniversitelerde atık malzemelerin değerlendirilmesi dünyanın her tarafında araştırılan bir konudur. Dünya literatüründe atık kelimesi artık, atık olarak değerlendirilmiyor. Mutlaka bir değeri olan malzeme olarak değerlendirilmektedir. Dolayısıyla bizlerde pet şişeleri ve kağıt atıkları ekonomik anlamda sembolik bir rakamda olsa değerlendirilmesini ön görüyoruz ve önemsiyoruz. Önümüzdeki günlerde, atık pet şişelerden çimento ile birlikte beton üretimini Elbistan'a getireceğimiz makineyle örnek bir uygulama yapıp, organize sanayide istihdama dönük bir dönüşüm sağlamaya çalışacağız. Bu tür projelerde siyasiler, iş adamları, sanayi desteği çok önemlidir. Çünkü üniversiteler bilgi üretir, bilginin gerçeğe dönüştüğünü fark eder ve ürüne dönüştüreceği zaman finans desteğine ihtiyaç duyar. Umuyorum ki, bölgemize böylece katkımız olur" ifadelerine yer verdi.
Pet atıklarından beton üretme üzerine yapılmış bir akademik çalışma var mıdır?
Çukurova Üniversitesi İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı’ndan Semiha Akçaözoğlu’nun Fen Bilimleri Enstitüsü’nde 2008 yılında hazırladığı “Atık pet şişe kırıklarının hafif beton argerası olarak kullanılabilirliği” başlıklı çalışmasından ilgili bölümler şöyle;
Bu çalışmada, atık Polieitilen Tereftalat (PET) şişe kırıklarının hafif harç üretiminde agrega olarak kullanılabilirliği araştırılmıştır. Deneyler, sadece PET agregaların kullanıldığı ve PET ve kum agreganının birlikte kullanıldığı iki grup harç numuneler üzerinde yürütülmüştür. Ayrıca, yüksek fırın cürufu ve uçucu kül de, çimentoyla ağırlıkça %50 oranında yer değiştirilerek kullanılmıştır.
Karışımlarda kullanılan PET-bağlayıcı (P/B) oranları 0.50 ve 0.60; su-bağlayıcı (S/B) oranları ise 0.45 ve 0.50’dir. Karışımların hazırlanmasında 1-2 mm ve karışık (0-4 mm) olmak üzere iki farklı PET boyutu kullanılmıştır. Yürütülen deneyler sonucunda, hem kumlu hem de kumsuz karışımlarda, çimentolu ve cüruflu numunelerin taşıyıcı hafif beton sınıfına girdiği görülmüştür. P/B oranının 0.50’den 0.60’a çıkması; numunelerin basınç dayanımlarını düşürmemiş, eğilme dayanımlarını ise bir miktar düşürmüş, rötreyi azaltmıştır. Cüruflu numuneler, uçucu küllü olanlara göre daha yüksek basınç ve eğilme dayanımları göstermiştir. S/B oranının 0.50’den 0.45’e düşmesi, harçların dayanım, rötre ve karbonatlaşma gibi özelliklerini olumlu yönde etkilemiştir. Deney sonuçları, atık PET şişe kırıklarının depreme dayanıklı yapı üretimi için taşıyıcı hafif beton yapımında agrega olarak kullanılabilme potansiyelinin olduğunu göstermiştir. Ayrıca, atık PET şişe kırıkları ile yüksek fırın cürufu ve uçucu kül gibi endüstriyel atıkların beton üretiminde kullanılmasının; doğal kaynak kullanımının azaltılması, atıkların güvenli bir şekilde yok edilmesi, çevre kirliliğinin önlenmesi ve enerji tasarrufu açılarından avantaj sağlayacağı düşünülmektedir.
PET ve Diğer Atık Plastiklerin Beton Üretiminde Kullanılması: Birçok ülkedeki geri dönüşümle ilgili kanunlarda, çevre kirliliğini ve kaynak israfını önlemek amacıyla, plastik atıkların yeniden kullanılarak geri kazanılması, diğer kaynaklar arasında öncelikli olarak belirlenmiştir. Bu atıkların değerlendirildiği endüstrilerin başında inşaat sektörü gelmektedir.
Plastik tozlarının ve kırıklarının beton katkısı veya agregası olarak kullanılması yeni bir uygulamadır. Shulman (1996), mikronize Polistren köpük parçalarını hafif beton katkısı olarak kullanmış ve patent almıştır. Malloy ve ark. (2001)’nın bildirdiğine göre, Schroeder (1994) yüksek yoğunluklu Polietilenle bir kısım ince agregayı yer değiştirerek hafif beton karışımı elde etmiştir. Yüksek yoğunluklu Polietilen granülleri içeren beton, daha düşük basınç dayanımına sahiptir, fakat tokluk değeri daha fazladır.
Atık plastiklerin polimer betonu üretiminde kullanılması da son yıllarda önemli konulardan biri haline gelmiştir. İlk polimer beton kompoziti olan polimer emdirilmiş beton, geniş bir kullanım alanına ulaşmıştır. Bu polimer betonu, hidrate portland çimento betonuna düşük kıvamlı monomer emdirilerek üretilmiştir.
1950’lerden itibaren kullanılan polimer modifiyeli beton ise, Portland çimentosu ve polimer modifiye kullanılmasıyla elde edilmektedir (Gavela ve ark., 2004). Yapılan kaynak araştırmasında başta PET şişeler olmak üzere, atık plastiklerin beton üretiminde kullanıldığı alanlar beş başlık altında toplanarak incelenmiştir:
• Atık PET ve diğer plastik kırıklarının hafif beton üretiminde agrega olarak kullanılması
• Atık PET ve diğer plastik kırıklarının asfalt betonunda agrega olarak kullanılması
• Atık PET’lerin lif takviyeli beton üretiminde kullanılması
• Atık PET ve diğer plastiklerin eritilerek betonda sentetik agrega veya bağlayıcı olarak kullanılması
• Atık PET’lerin polimer betonu reçinesi yapımında kullanılması
Atık PET ve Diğer Plastik Kırıklarının Hafif Beton Üretiminde Agrega Olarak Kullanılması: İnşaat teknolojisinin vazgeçilmez malzemesi olan beton yapımı için çok miktarda mineral agregaya ihtiyaç duyulmaktadır. Atık plastiklerin hafif betonda agrega olarak kullanılmasıyla, hem doğal agregadan tasarruf edilmiş olunmaktadır, hem de atık plastiklerin ekonomik olarak geri dönüşümü sağlanmaktadır.
Koide ve ark. (2002), çoğunluğu Polietilen Tereftalat (PET) şişelerden oluşan geri kazanılmış atık plastikleri hafif beton agregası olarak kullanmışlardır. Kullanılan plastik agrega içeriğinde %85 oranında PET, %15 oranında Polipropilen (PP) ve Polietilen (PE) bulunmaktadır. Geri kazanılmış agrega, atık plastik yığınlarının sıkıştırılarak kırılmasıyla elde edilmiştir ve uygulamanın ekonomik olması açısından, agregalar yıkanmadan kullanılmıştır. Deneylerde normal Portland çimentosu ve doğal ince agrega kullanılmıştır. Kaba agrega yerine maksimum tane boyutu 10 mm olan plastik agrega kullanılmıştır. Kimyasal katkı olarak yüksek oranda hava sürükleyici katkı ve su azaltıcı katkı ilavesi yapılarak, su-çimento oranı 0.35 alınmıştır. Bu şekilde elde edilen betonların 28 günlük basınç dayanımları 20 MPa seviyesine ulaşmıştır ve doygun yüzey kuru ağırlıkları 1.85 gr/cm3 civarındadır. Elde edilen hafif beton yaklaşık 60 °C civarında sıcaklık dayanımına ve donma-çözülme dayanımına sahiptir. Atık PET agreganın kullanılmasıyla, betonun net ağırlığı oldukça azaltılmıştır. PET agrega neredeyse hiç su emmediği için, agrega içindeki nemin kolaylıkla kontrol edilebilmesi mümkün olmuştur. Elde edilen hafif betonun strüktürel uygulamalarda kullanılabileceği belirtilmektedir.
Araştırmacılar, üretilen hafif betonun basınç dayanımının arttırılması için, yüksek dayanımlı harcın kullanılmasının gerekli olduğunu bildirmektedirler. Bunun için, atık plastik agreganın kum agrega yerine kullanılmaması gerektiğini, çünkü plastik agrega ile çimento hamuru arasındaki birleşimin zayıf olmasından dolayı, hafif harcın dayanımının normal harçtan çok düşük olabileceğini bildirmektedirler.
Gavela ve ark. (2004), kullanılmış Polietilen tereftalat (PET) ve Polipropilen (PP) malzemeleri, geleneksel agregaların bir kısmıyla yer değiştirerek kullanmış ve alternatif yer değişim oranları üzerinde çalışmışlardır. Su-çimento oranları 0.50 v 0.60 olarak alınmış ve süper akışkanlaştırıcı kullanılmıştır. Plastik ve doğal agregaların elek analizi, özgül ağırlık testi ve su emme deneyleri yapılmıştır. Plastik agregaların doğal agregayla %20 ve %30 oranlarında yer değiştirilmesiyle üretilen 100mm x 100mm x 500mm boyutlarındaki beton numunelerin 28 günlük basınç dayanım değerleri sırasıyla 35.1 ve 23.5 MPa seviyelerindedir. Eğilme dayanımları ise 5.03 ve 2.89 MPa’dır. Hem PP agregalı, hem de PET agregalı betonların, kontrol betonuna göre basınç ve eğilme değerlerindeki azalma oranları benzer bulunmuştur. Araştırmacılar buradan yola çıkarak, basınç dayanımının kullanılan polimer agrega çeşidine değil, polimer agregayla doğal agreganın yer değiştirme oranına bağlı olduğunu söylemektedirler. Plastik agrega miktarı arttıkça hacim yoğunluğunda gözlenen azalma, plastiğin birim ağırlığının doğal agregadan daha düşük olmasına bağlanmaktadır. 7 ve 28. günlerde ölçülen elastisite modülü değerleri, plastik miktarının artmasına bağlı olarak düşmüştür.
Plastik agreganın eklenmesinden dolayı 28 günlük basınç ve çekme dayanımlarındaki düşme, çimento hamuru ve plastik agrega arasındaki bağlantının zayıf olmasına ve plastik agrega dayanımının düşük olmasına bağlanmaktadır. Üretilen bu beton çeşidinin, düşük elastisite modülü gereken uygulamalarda avantajlı olacağı savunulmaktadır. Bu araştırmanın sonucunda atık PET ve PP’in, çok sıcak koşullardaki davranışları dikkate alınarak, strüktürel uygulamalarda beton agregası olarak kullanılabileceği savunulmaktadır.
Choi ve ark. (2005), atık PET şişelerden elde edilen hafif agreganın mikroyapısını araştırarak yüksek fırın cürufunun hafif agrega üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Bu amaçla, atık PET şişelerden ve yüksek fırın cürufundan üretilen hafif agregaların basınç dayanımı, çekme dayanımı, elastisite modülü, çökme değerleri ve elde edilen hafif betonun yoğunluğu incelenerek; yüksek fırın cürufunun, hafif agreganın kalitesini artırmaya katkısının olup olmadığı araştırılmıştır. Atık PET şişelerden elde edilen hafif agregalar sıcak bir mikserde yüksek fırın cürufu ile birlikte karıştırılarak, agrega yüzeyinin cüruf ile üniform bir şekilde kaplanması sağlanmıştır. Deneylerde kullanılan küresel şekilli hafif agrega
Resim 2.1’de, agreganın kesiti ise Resim 2.2’de verilmiştir. Karışımlarda PET agregalar doğal agregalarla %25, %50 ve %75 oranlarında yer değiştirilerek kullanılmıştır.
Yapılan deneyler sonucunda, hafif agreganın özgül ağırlığının ve hacim yoğunluğunun, doğal agregadan %50 oranında düşük olduğu gözlenmiştir. Hafif agregalı betonun işlenebilirliğinin ikame ve su-çimento oranlarının artırılmasıyla iyileştirilebileceği belirtilmektedir. Yüksek fırın cürufunun hafif agrega yüzeyine yapışmasının, agrega yüzeyinin güçlenmesine katkıda bulunduğu gözlenmiştir.
Resim 2.1. Hafif agreganın şekli Resim 2.2. Hafif agreganın kesiti
(Choi ve ark., 2005) (Choi ve ark., 2005)
Shehata ve ark. (1996), granül haldeki plastik, cam ve fiberglas atıklarını ince agregayla %5-20 oranlarında yer değiştirerek beton üretiminde kullanmışlardır. Araştırmada kullanılan plastik atıklar, PET şişelerden ve süt şişelerinde kullanılan yüksek yoğunluklu Polietilen (HDPE)’den oluşmaktadır. Beton numuneler, bu agrega türlerinden her seferinde yalnızca biri kullanılarak üretilmiştir. Numuneler üzerinde basınç, eğilme ve yarmada çekme testleri gerçekleştirilmiştir. Beton numunelerin basınç ve yarmada çekme dayanımlarının, kırılma ve elastisite modülleri kadar iyi olduğu gözlenmiştir. Elektron mikroskobuyla tarama yöntemiyle, beton numunelerin mekanik özellikleri ile kesitlerin mikro yapısı arasında ilişki kurulmaya çalışılmıştır. Araştırma sonucunda, cam ve fiberglas agregaların, plastik agregalara oranla çimento hamuruna daha iyi yapıştıkları gözlenmiştir. Atık plastik, cam ve fiberglas kırıklarının, çimentolu bileşenlerde kumla kısmi olarak yer değiştirilerek kullanılmasının mümkün olduğu belirtilmiştir.
Al- Maneer ve Dala (1997), yaptıkları laboratuvar deneylerinde, araba tamponlarından elde edilen atık plastik agregalı hafif beton üretimi üzerinde çalışmışlardır. %10-50 arasındaki çeşitli oranlarda plastik agrega içeren betonun 28 günlük basınç dayanımının 19-48 MPa arasında; çekme dayanımının 3.2-6.5 MPa arasında olduğunu belirtmişlerdir. Karışımdaki plastik miktarı arttıkça yoğunluk azalmaktadır. Plastik agregaların kullanılmasıyla, betonun daha fazla sünek davranış gösterdiği saptanmıştır ve bu özelliğinin betonda çatlak oluşumunun azaltılması açısından avantajlı olacağı düşünülmektedir.
Elzafraney ve ark. (2005), yüksek yoğunluklu Polietilen (PE), Polivinil Klorid (PVC) ve Polipropilenden (PP) oluşan geri dönüşümlü plastikleri beton karışımında kaba agrega olarak kullanmışlardır. Böylece binaların ısıl özelliklerini iyileştirmeyi amaçlamışlardır. Araştırma kapsamında, birinde normal beton, diğerinde ise yüksek oranda geri dönüşümlü plastik agrega içeren beton kullanılarak, benzer özellikte iki bina tasarlanmış ve inşa edilmiştir. Bu iki binanın ısıl ve enerji performansları incelenmiştir. Yapılan deneylerin sonuçlarına göre, geri dönüşümlü plastik betonlu bina, enerji verimliliği ve konfor açılarından, normal betonlu binaya göre yüksek değerler göstermiştir. Geri dönüşümlü plastik betonun enerji-etkin bina tasarımında kullanılmasıyla, binaların ısıtma ve soğutma giderlerinin azaltılmasının ve binaların konfor düzeyinin artırılmasının sağlanacağı düşünülmektedir.
Babu ve Babu (2003), genleştirilmiş Polistren (PS) agregalı betonların dayanım ve dayanıklılık özelliklerini incelemek amacıyla yaptıkları çalışmalarında genleştirilmiş polistren tanelerini %22-36 oranları arasında kumla yer değiştirerek kullanmışlardır. Karışımda ayrıca %3-9 oranında silis dumanı, çimentoyla ikame edilerek kullanılmıştır. İnce ve kaba agreganın da kullanıldığı karışımların yoğunlukları 1500-2000 kg/m3 arasındadır. Silis dumanı miktarı arttıkça, karışımların akıcılığı ve dayanımı iyileşmektedir. Genleştirilmiş PS agregalı betonların dayanımı yoğunlukla doğru orantılıdır. Genleştirilmiş PS agreganın tane boyutu küçüldükçe ve iri agrega boyutu büyüdükçe, dayanım artmaktadır. Yarmada çekme dayanımı, basınç dayanımı arttıkça artmaktadır. Tüm genleştirilmiş PS agregalı betonlar düşük su emme değerleri göstermiştir. Ayrıca, silis dumanı ikame oranı arttıkça, toplam su emme değerleri de düşmüştür.
Babu ve ark. (2005), genleştirilmiş Polistren (PS) agrega tanelerinin beton ve harçta hafif agrega olarak kullanılabilirliğini araştırmışlardır. Genleştirilmiş PS agrega, %0-95 arasında ikame edilerek kullanılmıştır. Karışımda süper akışkanlaştırıcı katkı da kullanılmıştır. Polistren agregalı betonlar şahit betona göre daha iyi akıcılık değerleri göstermiştir. Yüksek miktarda genleştirilmiş PS agrega içeren betonlar, düşük oranlılarla karşılaştırıldığında, kırılmaların daha sünek olduğu görülmüştür. Elastisite modülü, basınç dayanımı arttıkça artmaktadır ve PS agrega miktarı arttıkça azalmaktadır. Uçucu kül ve genleştirilmiş PS agrega içeren betonun basınç dayanımının, normal betondan farklı olarak 90 güne kadar sürekli yükseldiği belirtilmektedir.
Babu ve ark. (2006), Polistren (PS) agrega boyutunun hafif beton dayanımı ve nem karakteristikleri üzerindeki etkisini araştırmak amacıyla yaptıkları çalışmada; genleştirilmiş ve genleştirilmemiş PS agregaları %20-50 oranında kumla ikame ederek, çeşitli yoğunluklarda (1000-1900 kg/m3) betonlar üretmişlerdir. Uçucu kül çimentoyla %30 oranında yer değiştirilerek kullanılmıştır. Elde edilen betonların basınç dayanımı, çekme-gerilme dayanımı, nem hareketi ve su emme özellikleri incelenmiştir. Genleştirilmemiş PS agregalı betonlar, genleştirilmiş PS agregalı betonlara göre daha yüksek basınç dayanım değerleri göstermiştir (35 MPa ve 20 MPa). Basınç yüklemesi altında, genleştirilmiş agregalı beton daha sünek davranış gösterirken; genleştirilmemiş PS agregalı beton, normal betona benzer şekilde gevrek davranış göstermiştir. Genleştirilmiş PS agregalı betonlarda, küçük boyutlu agrega kullanıldığı takdirde, daha yüksek basınç dayanım değerleri elde edilmiştir.
Bischoff ve ark. (1990), Polistren (PS) agregalı betonların enerji yutma kapasitesinin ölçümü ve düşük hızdaki çarpma sırasındaki temasların azaltılması amacıyla, çeşitli deneyler yapmışlardır. Deneylerde 31.6 kg.’lık silindirik şekilli kütle, 8 m/s’ye kadar olan hızlarda, silindir basınç dayanımı 4-12 MPa arasında değişen PS beton bloklar üzerine bırakılmıştır. Yapılan test sonuçları değerlendirilerek, PS agregalı betonların enerji yutma kapasitesi incelenmiştir. Çarpma bölgelerinde ezilme ve bozulmalar oluşmasından dolayı, karışımın ezilme dayanımının düşük olduğu belirtilmektedir. Sıkıştırılabilme özelliğinin ise, taşıyıcı sitemde meydana gelebilecek temasları azaltmak açısından oldukça uygun olduğu belirtilmiştir.
Yıldız ve ark. (2004), normal beton karışımına Polistrenden yapılmış Sytropor ilave ederek ürettikleri hafif betonun donma-çözünme dayanımı, su emme, boşluk oranı ve birim ağırlık gibi fiziksel özelliklerini incelemişlerdir. Numuneler, katkısız ağırlığından %10-40 oranlarında azalma oluşturacak şekilde Sytropor eklenerek hazırlanmıştır. Sytropor oranı arttıkça, malzemenin birim ağırlığında azalma görülmektedir, bununla birlikte su emme ve boşluk oranında artma olmuştur.
Donma-çözülme çevrimi sonucunda ise, numunelerde çatlamalar ve az miktarda parçalanmalar gözlenmiştir. Bu çatlama ve parçalanmaların oluşması, boşluk miktarının fazla olması ve aderansın zayıf olmasına bağlanmaktadır. Birim ağırlık ölçümlerinin sonuçlara göre, % 30 ve % 40 oranlarında Sytropor ilave edilen betonların hafif beton olarak adlandırılabileceği belirtilmektedir.