Sürdürülebilirbir yapı malzemesi bloğu: Biyoplastikten, biyolojik olarak bozunabilir, modüler, kenet sistemli bir öneri

Abstract

İnşaat sektöründe yaygın olarak kullanılan malzemeler ve sürdürülebilirliğin gelişimi üzerine yapılan araştırma sonrasında, mevcut malzemelerin sürdürülebilirlik açısından incelenmesi, sürdürülebilir bir alternatifin gerekliliğini ortaya koymuştur. Bu kapsamda, yapı blokları alanında atık azaltma ve enerji verimliliği konularına önemli bir katkı sağlamayı hedefleyen, geri dönüşümlü ve doğada tamamen çözünebilen, tamamen yenilikçi tasarım ve malzeme önerisi sunan bir alternatif yapı bloğu ortaya koymak hedeflenmiştir. Hem gazbeton hem de tüf bazlı yapı malzemesi bloklarının hammaddeleri çimento bazlı olup geri dönüşüme uygun değildir. Bu bloklarla inşa edilen yapıların yıkımından sonra oluşan enkazlar uzak yerlere taşınarak buralarda depolanmaktadır. Bu durum, uzun vadede çevre sağlığı için önemli sorunlar yaratmaktadır. Bu tür atıklarda katkı maddesi olarak çimento kullanılması ve malzemelerin geri dönüşüme uygun olmaması nedeniyle çevrede çözünme süreleri gibi oldukça uzundur. Yıkım süreçlerine benzer şekilde, mevcut gazbeton ve standart yapı bloklarının üretim süreçlerinin de atık azaltımı ve sürdürülebilirlik konularında çevreye duyarlı ve/veya olumlu yönü bulunmamaktadır. Bu disiplinlerarası çalışmaya konu olan alternatif yapı malzemesi bloğunun hem üretim hem de yıkım sonrası süreci, atık azaltımı ve sürdürülebilirlik konularında çevreye önemli katkılar sunmaktadır. Gazbeton ve tüf bazlı yapı malzemesi blokları incelendiğinde, bu ürünlerin alüminyum, silikat ve radon gazı gibi bazı zararlı maddeler ortaya çıkardıkları bilinmektedir. Bu durum, gerek insan sağlığı, gerekse de çevre için önemli riskler taşımaktadır. Yapılan çalışma kapsamında, bu sorunlara çözüm niteliğinde geliştirilen alternatif yapı bloğu tamamen doğada çözünebilen biyoplastik hammaddeden elde edilmektedir. Biyoplastikler özellikle nişasta ve selüloz bazlı atıkların geri dönüştürülerek kullanılması sonucunda ortaya çıkan tamamen çevreci ve sürdürülebilir hammaddelerdir. Geliştirilen yapı bloğunun bir diğer önemli özelliği özgün tasarımıdır. Geliştirilen blok, gazbeton ve diğer yapı malzeme blokları gibi yekpare değildir. Tamamen modüler ve kendi içinde birbirine geçmeli, kenet sistemli ve içinde yatay ve düşey tesisat geçişine olanak tanıyan bir tasarıma sahiptir. Geliştirilen yapı malzeme bloğu, mevcut alternatiflerinden daha hafif olması ve modüler altı ayrı parçadan oluşması nedeniyle az yer kapladığı için taşıma ve depolama alanı açısından önemli avantajlar sağlamaktadır. Modüler ayrı parçalar üst üste paketlenebilmekte ve bu nedenle küçük hacimler oluşturmakta, dolayısıyla nakliye ve depolama maliyetlerini diğerleriyle kıyaslandığında önemli ölçüde düşürmektedir. Lojistik olarak aynı hacim kaplayan genel kullanımdaki yapı malzemesi bloklarına göre, geliştirilen alternatif ürünle ortalama 4 kat daha fazla alan inşa edilebilmektedir ve aynı ölçülerdeki bir standart yapı malzemesi bloğu ortalama 8 kg ve bir gazbeton yaklaşık 5 kg iken, önerilen biyoplastik alternatif yapı bloğu yaklaşık 3 kg'dır. Ürün geliştirme sürecinde, simülasyon imkânı sunan NX yazılımı kullanılarak, üzerine binen sabit ve hareketli yükler ile simülasyonlar yapılmıştır. Ayrıca, sürdürülebilirlik ve biyolojik olarak doğada çözünebilir en güçlü ve en hafif prototipi sağlayacak en doğru katkı malzemeleri ile en iyi bileşimi bulmak amacıyla, mukavemet artırıcı katkı maddesi olarak lignoselülozik maddeler ve grafenoxide kullanılmaktadır. Yapı inşaat sektöründe yaygın olarak kullanılan mevcut alternatiflerine kıyasla pek çok yönden avantajlar sunan ve çevre dostu olarak geliştirilen yapı malzemesi bloğu ile gerçekleştirilen deneyler, diğer bloklarla ortalama aynı mukavemet değerlerini sağladığını kanıtlamaktadır.

After the study of the materials widely used in the construction industry and the development of sustainability, the examination of existing materials in terms of sustainability revealed the necessity of a sustainable alternative. In this context, it is aimed to present an alternative lightweight masonry unit that aims to make a significant contribution to waste reduction and energy efficiency in the construction field, that is recyclable and completely biodegradable, offering a completely innovative design and a new material. The raw materials of both aerated concrete and tuff-based construction blocks are cement-based and not suitable for recycling. The debris accumulated after the demolition of the structures built with these lightweight masonry blocks is transported to places away from the habited areas and stored there. This situation creates significant environmental health problems in the long run. Since the cement is used as an additive in such wastes and the materials are not suitable for recycling, their dissolution time in the environment is quite long. Similar to demolition processes, the production processes of existing aerated concrete and standard lightweight masonry units do not have an environmentally friendly and/or positive aspect in terms of waste reduction and sustainability. The alternative lightweight masonry unit, in other terms 'construction block', is the subject of this interdisciplinary study, and provides significant contributions to the environment in terms of both production and post-dissolution processes, waste reduction, and sustainability. When aerated concrete and tuff-based construction blocks are examined, it is known that these products produce some harmful substances such as aluminum, silicate, and radon gas. This situation carries significant risks for both human health and the environment. Within the scope of this study, the alternative construction block developed as a solution to these problems is obtained from bioplastic raw materials that are completely biodegradable. Bioplastics are completely environment-friendly and sustainable raw materials that are produced because of the recycling of starch and cellulose-based wastes. Another important feature of the developed construction block is its original design. The developed block is not monolithic like aerated concrete and other construction blocks. It has a completely modular and self-interlocking, clamping system and a design that allows horizontal and vertical installation transitions. The developed construction block provides significant advantages in terms of transportation and storage space, as it is lighter than the existing ones and occupies less space as it consists of six separate modular parts. The modular individual parts can be stacked and therefore create small volumes, thus significantly reducing transportation and storage costs compared to others. Compared to the construction blocks in current use which occupy the same volume logistically, an average of 4 times more area can be built with the developed alternative product, and while a standard construction block of the same dimensions is approximately 8 kg and an aerated concrete is about 5 kg, the proposed bioplastic alternative construction block is about 3 kg. During the product development process, simulations were carried out with dead loads, live loads, and earthquake loads on it, using the NX software, which offers simulation opportunities. In addition, lignocellulosic materials and graphene oxide are used as strength-increasing additives to find the right additives and the best combination to provide sustainability and the strongest and lightest biodegradable prototype. The experiments carried out with the construction offer advantages in many ways compared to the existing alternatives widely used in the construction industry and developed as eco-friendly, proving that it provides the same average strength values as the widely used current blocks.