İnşaat endüstrisinde döngüsel ekonomiye doğru yeşil ve dijital dönüşüm: Farklı kaynaklardan elde edilen inşaat yıkıntı atıklarının ileri dönüştürülmesi ve 3D baskı teknolojisine entegrasyonu

Toplum, çevre ve kentsel gelişimin kesişme noktasında yer alan inşaat sektörü, devasa bir ekonomi oluştururken; artan nüfus, doğal afetler, siyasi istikrarsızlık ve farklı nedenlerle yerinden edilmiş bireylerin barınma ihtiyacı gibi önemli bir zorlukla karşı karşıyadır. Bu temel sektör ayrıca, Avrupa Birliği'nde üretilen tüm atıkların üçte birinden fazlasını oluşturan İnşaat ve Yıkıntı Atıklarından (İYA) sorumludur. Bu nedenle, İYA'nın uygun bir biçimde yönetilmemesinin sebep olacağı zorlukları aşabilmek adına uygulanabilir ve sürdürülebilir yönetim stratejilerinin oluşturulması için ivedi çözümler gerekmektedir. Bu noktada, 3 Boyutlu Beton Baskı, atık bazlı basılabilir malzemeleri entegre ederek uygun fiyatlı konut, hızlı inşaat ve inşaat sektörünün döngüsel ekonomiye geçişi gibi ortak zorlukları ele almak için umut verici bir potansiyel oluşturmaktadır. İnşaat sektöründe Yeşil ve Dijital Dönüşüme odaklanan bu tez, İYA'nın ileri dönüşümü ve 3 Boyutlu Beton Baskı teknolojisine entegrasyonu adına çözümler üreterek döngüsel, sürdürülebilir ve dijital bir inşaat endüstrisine giden yolu açmayı amaçlamaktadır. Bu bağlamda, tez çalışmalarının ilk aşamasında, jeopolimerizasyon tekniği ile çevre dostu yapı malzemelerinin geliştirilmesinde kullanılmak üzere çeşitli kaynaklardan elde edilmiş değişken tip ve özelliklere sahip İYA'ların karakterize edilmesine odaklanılmıştır. Farklı kaynaklardan elde edilen İYA'ların değişen kimyasal içeriklerinin nihai ürünün performansı üzerindeki etkisi araştırılmış ve bu varyasyonlara dayalı olarak optimum koşullar belirlenmiştir. Ardından, İYA'nın atık beton fazından elde edilen ince geri dönüştürülmüş beton agregalarının yine İYA esaslı bağlayıcı sisteme dahil edilmesi yoluyla sürdürülebilir harç fazları geliştirilmiş ve geri dönüştürülmüş agrega boyutu ve içeriğinin etkileri dikkate alınarak mekanik performans değerlendirmeleri gerçekleştirilmiştir. Buna ek olarak, her bir bileşenin sürdürülebilirlik derecesini ve çevresel etkilerini belirlemek için bir Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi (YDD) yapılmıştır. Son aşama, önceki aşamalarda derinlemesine incelenen İYA bazlı jeopolimer konseptinin tamamen farklı bir coğrafya olan Hollanda'da bulunan İYA'ya uyarlanarak jeopolimer sistemlerin geliştirilmesini ve geliştirilen sistemlerin döngüsel ekonomi konsepti doğrultusunda inşaat sektörünün yeşil ve dijital dönüşümünü sağlamak amacıyla 3 Boyutlu Beton Baskı tekniğine entegre edilmesi için tek bileşenli (sadece su eklenen) İYA bazlı bir jeopolimer harcın geliştirilmesini içermektedir. Bulgulara göre, İYA esaslı jeopolimerlerin mekanik performansı, İYA'ların tip ve kaynağına bağlı olarak değişkenlik gösteren parametrelerden önemli bir şekilde etkilenmektedir; öte yandan ilgili parametrelerin optimizasyonu tutarlı ve yüksek performanslar elde edilmesine olanak sağlayabilmektedir. YDD analizi, alkali aktivatör fazının en yüksek çevresel etkiye sahip olduğunu ve bunu İYA'ların işlenmesi için gereken işlemlerin izlediğini göstermektedir; ancak bu etkiler karışım tasarımına bağlı olarak azaltılabilmektedir. Ayrıca, İYA-esaslı jeopolimerler benzer mukavemet sınıfındaki ve benzer enerji tüketimine sahip Portland çimentosu bazlı sistemlere kıyasla CO2 emisyonlarında %62,9'a varan bir azalmaya olanak sağlayabilmektedir. Tek bileşenli jeopolimer karışımının mekanik performansı anizotropi nedeniyle değişiklik göstermiştir; ancak bu değişiklikler yazdırılmış katman yüksekliğinin optimize edilmesiyle en aza indirilebilmektedir. Katman yüksekliğinin azaltılması, katmanlar arası bağlanma alanında bulunan gözeneklerin birleşmesi ve genişlemesinin neden olduğu dağınık kusurlu bölgelerin oluşumunu en aza indirerek 3 Boyutlu baskılanmış numunelerin katmanlar arası zayıf bir bağ bölgeleri yokmuş gibi kırılma davranışı sergilemesini sağlayabilmektedir.