Seramik Yapıştırıcıları

Seramik Yapıştırıcıları İnşaat Sürecinde Kaynak Tasarrufuna Katkı: Seramik Yapıştırıcılarında Silis Kumu Yerine Geri Dönüştürülmüş Beton Kullanımı Kum, dünyada ticari hacmi en büyük olan hammadde kaynaklarından biridir. Tahminlere göre insanlık tarafından her yıl 50 milyar ton kum tüketilmektedir ve bu miktar giderek artmaktadır. Kum, birçok farklı uygulamanın yanı sıra, beton, tuğla, cam, yol, baraj ve güneş enerjisi tesislerinde kullanılmaktadır. İnsanlığın kuma olan bağımlılığından hareketle, Birleşmiş Milletler Çevre Programı UNEP kumun çıkarılması ve kullanımı konularının yeniden değerlendirilmesi çağrısında bulunmaktadır [1]. Ayrıca, kumun stratejik bir kaynak olarak kabul edilmesi gerektiği belirtilmiştir. Yakın tarihli bir UNEP raporuna [2] göre, akarsulardan, kıyı ve deniz ekosistemlerinden kum çıkarılması erozyona, akiferlerde tuzlanmaya, ani su taşkınlarına karşı korumanın yitirilmesine ve biyolojik çeşitlilik üzerinde etkilere yol açarak su kaynaklarını, gıda üretimini, balıkçılığı ve turizm endüstrisini bölgesel ölçekte tehdit edebilir.

Sürdürülebilirlik Açısından Bir Artı

Özellikle inşaat sektöründe ham madde olarak kuma ihtiyaç duyulmaktadır. Diğer yandan, bu sektör muazzam miktarlarda inşaat atığı üretmektedir. Federal Çevre Ajansı verilerine göre, bu atıkların yüzde 90’ından fazlasının yeniden kullanılıyor olmasına karşın, bu rakamın peyzaj veya çöp sahası yapımında dolgu malzemesi olarak kullanımı gibi düşük değerli kullanımları da içerdiği de belirtilmelidir [3]. Bununla birlikte, döngüsel bir ekonominin amaçlarına, beton ve bina molozu gibi malzemelerin yüksek düzeyde katma değer sağlayacak şekilde yeniden kullanılmasıyla daha iyi ulaşılacağı söylenebilir. Bunu sağlamanın bir yolu geri dönüştürülmüş betonun kuru karışım harçlarında, özellikle de seramik yapıştırıcılarında kullanılmasıdır. Seramik yapıştırıcıları, en az üç bileşenden oluşan bir tür kuru karışım harcıdır: bağlayıcılar, katkı maddeleri ve agregalar. Çimentonun yanı sıra, seramiklerin zemine daha iyi yapışmasını sağlayan ve seramik yapıştırıcılarının esnekliğini artıran vinil asetat-etilen (VAE) kopolimerleri de bağlayıcı olarak kullanılabilir. Seramik yapıştırıcılarının içeriğindeki en önemli agrega, genellikle toplam ürünün ağırlıkça yüzde 50 ilâ 60’ını oluşturan silis kumudur. Bu makalede sunulan sonuçlar, seramik yapıştırıcı formülasyonlarında kullanılan kumun yarısına yakın bir kısmının, ince tanecikli geri dönüştürülmüş beton ile değiştirilmesi durumunda seramik yapıştırıcısının özelliklerinde, bozulmaktan ziyade iyileşme meydana geldiğini göstermektedir.

Kullanılan Geri Dönüştürülmüş Betonun Analizi

Geri dönüştürülmüş betonun 1,25 mm’ye kadar tane büyüklüğüne sahip fraksiyonları kullanılmıştır. Bu fraksiyonlar iki farklı yöntemle hazırlanmıştır: Birinci yöntemde, fraksiyonlar WACKER’in Burghausen’deki (Almanya) fabrikasında, Ettengruber GmbH Recycling & Verwertung firmasından temin edilen geri dönüştürülmüş betondan elenerek ayrılmıştır. Geri dönüştürülmüş betonun tamamının kullanılmasıyla bağlantılı olarak ekonomik açıdan daha önemli olan ikinci yöntemde ise, Ettengruber firmasından sağlanan geri dönüştürülmüş beton Profesör Andrea Kustermann başkanlığında Münih Uygulamalı Bilimler Üniversitesi Yapı Malzemesi ve Yapı Kimyası Laboratuvarında gerekli inceliğe ulaşana kadar öğütülmüştür. Şekil 1’de, elenmiş ve öğütülmüş numuneler arasında tane büyüklüğü dağılımı açısından neredeyse hiç farklılık olmadığı görülmektedir. Burada, büyüklüğü 0,1 milimetreye kadar olan ince tanelerin oranı her iki durumda da kum-kireçtaşı karışımına kıyasla daha yüksek olmuştur. Daha ileri testlerde, ince taneli fraksiyonun üretim yönteminin sonuçları ölçüm doğruluğu dahilinde etkilemediğini ortaya konmuştur. [caption id="attachment_147611" align="aligncenter" width="359"] Şekil 1. Bir silis kumu-kireçtaşı karşımındaki (üstte), bir elenmiş (ortada) ve bir öğütülmüş (altta) geri dönüştürülmüş beton fraksiyonundaki tane büyüklüklerinin dağılımı. (Kaynak: WACKER)[/caption]   Öğütülen geri dönüştürülmüş beton numuneleri kristal fazların tayini amacıyla bir X ışını difraktometresinde ölçülmüştür. Değerlendirme, yaklaşık olarak 40:20:30 ağırlık oranında kalsit-kuvars-dolomitten ve bir amorf kısımdan oluşan bir bileşimi ortaya koymuştur (10). Geri dönüştürülmüş betonun ince taneli fraksiyonu çakıl (kireçtaşı, dolomit/kalsit), kum (kuvars), karbonatlı portlandit kısımlarından ve priz almış çimentodan gelen amorf kalsiyum silikat hidrat fazlarından oluşmaktadır. Dikkate değer oranlarda priz almamış çimento veya alçı ise bulunmamıştır. Elenmiş numunelerin tane yoğunluğu DIN 18124’e [4] uygun olarak kapiler piknometre ile tayin edildi. Elde edilen değerler 2,3 ile 2,4 g/cm3 arasında idi. Bir referans silis kumuna (2,63 g/cm3) kıyasla daha düşük olan bu tane yoğunluğunun yanı sıra, çapları 10 nanometre ile 5 mikrometre arasında değişen çok sayıda ince gözenek vardı. Cıva porozimetresiyle gerçekleştirilen ölçümler de bu durumu doğrulamaktadır. Geri dönüştürülmüş beton numunelerinde ince tanelerin ve ince gözeneklerin yüksek oranda bulunması, bunları esas alan seramik yapıştırıcılarının aynı kıvam için geleneksel seramik yapıştırıcılarına kıyasla daha fazla suya ihtiyaç duymasına yol açmaktadır. Test edilen örnek formülasyonlarda bu durum dikkate alınmıştır.

Taze Seramik Yapıştırıcısının Özellikleri

Testler için referans olarak DIN EN 12004-1’e [5] göre C2TE S1 olarak sınıflandırılabilen bir seramik yapıştırıcısı formüle edildi (C = çimento esaslı yapıştırıcı, 2 = yüksek yapışma özelliğine sahip yapıştırıcı, T = dikey kaymaya karşı yüksek direnç, E = en az 30 dakikalık açık bekletme süresi, S1 = en az 2,5 mm ve 5 mm’den küçük deformasyona sahip esnek yapıştırıcı). Yapıştırıcıda bulunan polimer, diğer özelliklerin yanı sıra seramik yapıştırıcısının su yaşlandırma mukavemetini artıran ve yapıştırıcıyı daha esnek hale getiren VAE ve vinil klorür (VC) bazlı dağılabilir toz polimer VINNAPAS ® 8620 E’dir. Örnek formülasyonlarda referans seramik yapıştırıcısındaki kumun yüzde 25’i ve yüzde 50’si yerine geri dönüştürülmüş beton kullanıldı (Tablo 1). Buna bağlı olarak, su ihtiyacı da referans harç için 270 ml’ye kıyasla 290 ve 320 ml olarak arttı. Taze harç özellikleri için önemli olan sarkma direnci, viskozite ve yoğunluk gibi özellikler açısından referans ve diğer numuneler arasında neredeyse hiçbir fark gözlemlenmedi. [caption id="attachment_147612" align="aligncenter" width="995"] Tablo 1. Test edilen karo yapıştırıcısı formülasyonlarına genel bakış
(Kaynak: WACKER)[/caption] Islatma yeteneğinin karşılaştırmalı testleri DIN EN 1347’e [6] uygun olarak gerçekleştirilmiştir: Seramik yapıştırıcısının bir beton plak üzerine uygulanmasından 10, 20, 30 ve 40 dakika sonra bir seramik yerleştirilir ve 30 saniye boyunca 50 Newton yük uygulanır. Daha sonra, seramik yapıştırıcısı ile seramik arasındaki temas yüzeyi belirlenir. Sonuçlara bakıldığında, geri dönüştürülmüş beton esaslı formülasyonlarının referanstan üstün olduğu görülmüştür: Geri dönüştürülmüş betonun oranı yükseldikçe ıslatma yeteneği de iyileşmiştir (Şekil 2). Bu durum geri dönüştürülmüş beton ile hazırlanan karışımlarda su ihtiyacının artmasından kaynaklanmaktadır. [caption id="attachment_147613" align="aligncenter" width="515"] Islatma testi sonuçlarının karşılaştırılması (soldan sağa: Formülasyon 1 = Referans,
Formülasyon 2 ve 3 = Geri dönüştürülmüş betondan elde edilen silis kumu ile kısmen ikame edilmiş, yüzde 25 ve 50). (Kaynak: WACKER)[/caption] İyileştirilmiş ıslatma yeteneğine paralel olarak, geri dönüştürülmüş beton oranı yükseldikçe açık bekletme süresi de uzamaktadır (Şekil 3). Bu değer DIN EN 12004-2’e [7] uygun olarak, seramiklerin 5, 20 ve 30 dakika sonra yapıştırıcıya yerleştirilmesi ve ardından yapışma mukavemetinin ölçülmesi ile tayin edildi. Seramiklerin hazırlanan harç yatağına uygulanması için daha uzun bir süre sağladığından, açık bekletme süresinin uzaması seramik uygulama ustaları açısından da istenen özelliklerdendir. [caption id="attachment_147614" align="aligncenter" width="523"] Şekil 3. Yapışma mukavemetlerinin ölçümü yoluyla açık bekletme süresinin belirlenmesi. 20 ve 30 dakikanın ardından yapışma mukavemetleri geri dönüştürülmüş beton esaslı formülasyonlar 2 (ortada) ve 3 (sağda) için referanstan daha iyidir. Dolayısıyla, açık bekletme süreleri de daha uzundur. (Kaynak: WACKER)[/caption] Geri dönüştürülmüş beton esaslı formülasyonların iyileştirilmiş ıslatma yeteneği ve daha uzun açık bekletme süresi, başlangıç yapışma mukavemeti veya suda yaşlandırma, ısıl yaşlandırma ve dondurma-çözme döngüleri sonrasındaki yapışma mukavemetleri açısından bir kayba yol açmamaktadır (Şekil 4). Bu durum, geri dönüştürülmüş betondaki ince gözenekli tanelerin suyu kademeli olarak salan bir tür su rezervuarı görevi görüyor olması ile makul bir şekilde açıklanabilmektedir. Bu çimentonun hidratasyonu açısından avantaj sağlamaktadır. Bu hipotez 2013 yılında Lisbon Teknik Üniversitesi’nden, geri dönüştürülmüş betonun harç imalatında kullanılmasını araştıran bir ekip tarafından öne sürülmüştür [8].   [caption id="attachment_147615" align="aligncenter" width="589"] Şekil 4. Başlangıç yapışma mukavemetinin (gri) ve suda yaşlandırma (açık mavi), ısıl yaşlandırma (kırmızı) ve dondurma-çözme döngüleri (mor) sonrasındaki yapışma mukavemetlerinin test edilmesi. Geri dönüştürülmüş beton esaslı formülasyonlar 2 ve 3 (ortada ve sağda) ile referans formülasyon 1 arasında anlamlı fark yoktur. (Kaynak: WACKER)[/caption]   Isıl yaşlandırma sonrasındaki yüksek yapışma mukavemeti değerleri burada incelenen formülasyonların tümünün yüksek esnekliğe sahip olduğunu göstermektedir. Bunun nedeni ısıl yaşlandırma işleminin, seramiklerin ve zeminin farklı genleşme katsayılarından kaynaklanan ve seramik yapıştırıcısının dayanmak zorunda olduğu mekanik stresler doğurmasıdır. Formülasyonların sahip olduğu yüksek esneklik, içerdikleri VAE/VC polimerinden kaynaklanmaktadır. Formülasyonların deformasyonunun EN 12004-2’e [7] uygun şekilde belirlenmesi, geri dönüştürülmüş beton içeren tüm karışımlar için ölçüm doğruluğu dahilinde referans ile aynı değerleri vermiştir. Testler daha sonra, Ettengruber şirketinin, bu çalışmada kullanılan ilk partiden altı ay sonra ürettiği yeni parti geri dönüştürülmüş betondan elenmiş, ince taneli fraksiyonun çekildiği seramik yapıştırıcıları formülasyonlarında tekrar edildi. Bu seramik yapıştırıcıları ile de daha önceki test sonuçlarının yeniden üretilebilmiş olması sevindiricidir. Bu durum, her iki geri dönüştürülmüş beton serisinin çok benzer kalitede olduğunu göstermektedir.

Neye Dikkat Etmeli?

Geri dönüştürülmüş betonun seramik yapıştırıcılarında agrega olarak kullanılmasının ekolojik avantajlı olup olmaması ve kuru harç üreticileri açısından ekonomik olup olması başlıca üç faktöre bağlıdır. Birincisi, geri dönüştürülmüş beton, kuru harç üretim tesisi yakınında yeterli miktarlarda mevcut olmalıdır, çünkü geri dönüştürülmüş betonun ekolojik avantajı uzun mesafe nakliye nedeniyle azalmamalıdır [9]. İkincisi, kullanılan geri dönüştürülmüş betonun kalitesi yüksek değişkenlik göstermemelidir. Üçüncüsü, geri dönüştürülmüş betonun ufaltılması (kırma, öğütme) için tesisler bulunmalıdır.

Sonuç

Geri dönüştürülmüş beton, seramik yapıştırıcılarında silis kumunun yerine kullanılabilir ve böylece kaynakların korunmasına katkıda bulunabilir. İnce taneli ve ince gözenekli oluşu nedeniyle, kullanımı yapıştırıcının su ihtiyacını artırır. Bununla birlikte, geri dönüştürülmüş beton esaslı formülasyonlar geleneksel seramik yapıştırıcıları ile benzer yapışma mukavemetlerine ulaşmaktadır. Aynı zamanda, seramikleri daha iyi ıslatırlar ve daha uzun bir açık bekletme süresine sahiptirler.

Kaynaklar 

[1] https://www.unep.org/news-and-stories/press-release/our-use-sand-brings-us-againstwall-says-unep-report [2] https://www.unep.org/resources/report/sand-and-sustainability-10 strategicrecommendations-avert-crisis [3] https://www.umweltbundesamt.de/daten/ressourcen-abfall/verwertung-entsorgung-ausgewaehlter-abfallarten/bauabfaelle#verwertung-von-bau-und-abbruchabfallen [4] DIN 18124: Soil, investigation and testing - Determination of density of solid particles - capillary pycnometer [5] EN 12004-1:2017, Adhesives for ceramic tiles - Part 1: Requirements, assessment and verification of constancy of performance, classification and marking [6] EN 1347:2007, Adhesives for tiles - Determination of wetting capability [7] EN 12004-2:2017, Adhesives for ceramic tiles - Part 2: Test methods. [8] C. Neno, J. de Brito, R. Veiga, Using Fine Recycled Concrete Aggregate for Mortar Production, Materials Research. 2014; 17(1): 168-177 [9] https://www.schwenk.de/recyclingbeton-baustoff-der-zukunft/ Dr. Klas Sorger Avrupa Teknik Servis Müdürü İnşaat Polimerleri Wacker Chemie AG Nikolaus Bucksch İş Geliştirme Müdürü İnşaat Polimerleri Wacker Chemie AG