Beton içerisinde kullanılan sentetik fiber donatılar ile geri dönüştürülen fiber donatıların performansının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, beton üretiminde kullanılan makro sentetik fiber donatılardan arta kalan malzemelerin geri dönüşüm granüllerine dönüştürülmesi ve bu granüllerin yeniden lif formunda üretilerek beton karışımlarında değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın temel hedefi, geri dönüştürülmüş sentetik liflerin beton içerisindeki mekanik ve yapısal performansını belirlemek ve sürdürülebilir bir yapı malzemesi alternatifi olarak uygulanabilirliğini ortaya koymaktır. Geleneksel uygulamalarda saf hammaddeden üretilen fiber donatılara kıyasla geri dönüştürülebilir liflerin kullanımı; doğal kaynak tüketiminin azaltılması, atık miktarının düşürülmesi ve maliyet avantajı sağlanması açısından önem taşımaktadır. Bu kapsamda, liflerin çekme dayanımı ve elastisite modülü gibi temel mekanik özellikleri deneysel olarak belirlenmiş; beton içerisindeki performansları ise EN 14651 standardına uygun olarak gerçekleştirilen üç noktalı eğilme deneyleri ile değerlendirilmiştir. Deneyler sonucunda elde edilen artık gerilme değerleri ve moment taşıma kapasiteleri karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Ayrıca mikro analiz çalışmaları ile fiber–beton matrisi arasındaki aderans mekanizması ve iç yapı etkileşimi incelenmiştir. Elde edilen bulgular, lif dozajının artırılmasının çatlak sonrası dayanım ve moment taşıma kapasitesi üzerinde belirleyici bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Buna karşın geri dönüşüm oranının artması, lifli betonun yapısal katkısını azaltmaktadır. Tasarım perspektifinden değerlendirildiğinde, düşük ve orta düzey geri dönüşüm oranları (%0–5) ile yüksek lif dozajı (3 kg/m³) kombinasyonunun yapısal performans açısından en uygun çözüm olduğu belirlenmiştir. Daha yüksek geri dönüşüm oranlarında ise lifli betonun tasarımdaki rolünün sınırlı tutulması ve kullanım amacının servis durumu performansı ile sınırlandırılması önerilmektedir. Sonuç olarak, geri dönüştürülmüş sentetik fiberlerin uygun oran ve dozajlarda beton içerisinde kullanılması hem çevresel sürdürülebilirlik hem de yapısal performans açısından uygulanabilir ve yenilikçi bir alternatif sunmaktadır.

This study investigates the recycling of residual materials from macro synthetic fiber reinforcements used in concrete production by converting them into recycled granules and reprocessing them into fiber form for reuse in concrete mixtures. The primary objective is to determine the mechanical and structural performance of recycled synthetic fibers within concrete and to evaluate their applicability as a sustainable construction material alternative. Compared to conventionally manufactured virgin fibers, the use of recyclable fibers is significant in terms of reducing natural resource consumption, minimizing waste generation, and providing economic benefits. Within this scope, the fundamental mechanical properties of the fibers, including tensile strength and modulus of elasticity, were experimentally determined. The structural performance of fiber-reinforced concrete was evaluated through three-point bending tests conducted in accordance with EN 14651. Residual stress values and moment carrying capacities obtained from the experiments were comparatively analyzed. In addition, microstructural analyses were carried out to examine the bond mechanism and internal interaction between the fibers and the concrete matrix. The findings indicate that increasing the fiber dosage has a decisive effect on post-crack strength and moment carrying capacity. However, an increase in the recycling ratio leads to a reduction in the structural contribution of fiber-reinforced concrete. From a design perspective, the combination of low to moderate recycling ratios (%0–5) and a high fiber dosage (3 kg/m³) was identified as the most appropriate solution in terms of structural performance. At higher recycling ratios, it is recommended that the role of fiber-reinforced concrete in design be limited and primarily confined to serviceability performance. In conclusion, the use of recycled synthetic fibers in appropriate ratios and dosages offers an environmentally sustainable, economically advantageous, and structurally feasible alternative for concrete production.