dc.contributor.advisor | Yıldırım, Gürkan | |
dc.contributor.author | Kul, Anıl | |
dc.date.accessioned | 2024-10-04T08:56:14Z | |
dc.date.issued | 2024-03 | |
dc.date.submitted | 2024-03-08 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/35789 | |
dc.description.abstract | At the nexus of society, the environment, and urban development, the construction sector constitutes a colossal economy and faces substantial challenges due to the need to accommodate a growing population and displaced individuals from natural disasters, political instability, and other causes. This primary industry is responsible for the largest waste stream, Construction and Demolition Waste (CDW), which accounts for over a third of all waste in the EU. Therefore, urgent action is required to implement feasible and sustainable management strategies to address the challenges associated with its inappropriate management. At this point, 3D concrete printing poses promising potential to address common challenges such as affordable housing, rapid construction and the construction industry's transition to a circular economy by integrating waste-based printable materials.
With a focus on Green and Digital Transformation in the construction sector, this thesis aims to pave the way toward a circular, sustainable, and digital construction industry by generating solutions through the upcycling of CDW and their integration to the 3D concrete printing technology. In this context, the initial focus was on characterizing CDWs from various sources with significantly varying characteristics for use in development of environment-friendly building materials via geopolymerization technique. The effect of varying chemical contents of CDW from different sources on the mechanical performance of the final product was investigated and optimal conditions were determined based on these variations. Sustainable mortar phases were then developed by incorporating fine recycled concrete aggregates derived from CDW based waste concrete, and the mechanical performance was evaluated considering the influences of the recycled aggregates size and content. In addition, a Life Cycle Assessment (LCA) was conducted to determine the extent of sustainability of each component and its environmental impacts. The final phase entailed the assessment of viability of CDW-based geopolymer concept, extensively investigated in preceding stages, for application to CDW sourced from a distinct geographical region, namely the Netherlands. Moreover, it involves the development of a one-part (just-add-water) CDW-based geopolymer mortar to be integrated into the developed systems for use in a 3D concrete printing technique, facilitating the green and digital transformation of the construction industry in line with the principles of the circular economy.
According to the findings, the mechanical performance of geopolymerized CDW is strongly influenced CDW's intrinsic parameters, which vary depending on source; optimization of related parameters ensures consistent, high performances. LCA analysis demonstrate that, alkaline activators had the highest contribution on environmental impact, followed by CDW treatment; however, impacts could be reduced with mixture design optimization. Furthermore, 62.9% reduction in CO2 emissions was achieved compared to Portland cement-based systems with similar strength class and embodied energy. The mechanical performance of the one-part geopolymer mixture varied due to the anisotropy; however, these variations could be minimized by optimizing the layer height. Reducing the layer height can minimize the formation of distributed defective regions in the interlayer bonding area caused by the coalescence and expansion of pores, enabling the 3D printed specimens to exhibit fracture behavior as if there were no weak interlayer bond region. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Construction and Demolition Wastes | tr_TR |
dc.subject | Waste management | tr_TR |
dc.subject | Geopolymers | tr_TR |
dc.subject | Circular Economy | tr_TR |
dc.subject | Green and Digital Transformation | tr_TR |
dc.subject | 3D Concrete Printing | tr_TR |
dc.subject.lcsh | Sözlükler ve diğer danışma kaynakları | tr_TR |
dc.title | Green and Digital Transformation Towards Circular Economy in the Construction Industry: Upcycling of Construction and Demolition Wastes From Diverse Sources and Their Integration Into 3D Printing Technology | tr_TR |
dc.title.alternative | İnşaat Endüstrisinde Döngüsel Ekonomiye Doğru Yeşil ve Dijital Dönüşüm: Farklı Kaynaklardan Elde Edilen İnşaat Yıkıntı Atıklarının İleri Dönüştürülmesi ve 3D Baskı Teknolojisine Entegrasyonu | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | 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. | tr_TR |
dc.contributor.department | İnşaat Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | 6 ay | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2025-04-08T08:56:14Z | |
dc.funding | TÜBİTAK | tr_TR |