Endüstriyel Kenevir Sapı Atığının Farklı Bağlayıcılar ile Kenevir Betonu Üretiminde Değerlendirilmesi

Geleneksel betonun çevresel etkisini düşürmek için kullanılan yöntemlerden bir tanesi bitki-bazlı agregaların kullanılmasıdır. Kenevir betonu mineral bağlayıcıların kenevir sapı parçaları ile birleştirilmesi ile elde edilmektedir. Bu çalışmada, Türkiye’de yetiştirilen atık endüstriyel kenevir saplarının kenevir betonu üretiminde değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmada, üç farklı bağlayıcı (çimento, hidrolik kireç ve kireç) ile yedi farklı bağlayıcı kombinasyonu oluşturulmuştur. Kütlece bir kısım kenevir, iki kısım bağlayıcı ve iki onda bir kısım su içeren kenevir betonlarının birim hacim ağırlığı, basınç dayanımı, kapiler su emme gibi fiziksel ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Üretilen numunelere laboratuvar sıcaklığında açık kür uygulanmıştır. 28 günlük kür sonrasında birim hacim ağırlığı 401-455 kg/m3, basınç dayanımları 0,08-0,28 MPa ve kapiler su emme katsayıları 2,45-4,47 kg/m2⋅s1/2 aralığında değişen kenevir betonları üretilmiştir. Karışımlarda hidrolik bağlayıcı miktarının azalması ile basınç dayanımının ve birim hacim ağırlıklarının azaldığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Kenevir betonu, Endüstriyel kenevir, Endüstriyel kenevir sapı, Hidrolik kireç, Kireç

Utilization of Industrial Hemp Stems Waste in the Production of Hemp Concrete Using Different Binders

One of the methods used to reduce the environmental impact of conventional concrete is the use of plant-based aggregates. Hemp concrete is produced by combining mineral binders with hemp stalk particles. This study aims to utilize industrial hemp stems cultivated in Turkey in the production of hemp concrete. In the study, seven different binder combinations were composed with three different binders (cement, hydraulic lime, and lime). Physical and mechanical properties such as unit weight, compressive strength, and capillary water absorption of hemp concretes containing one part hemp, two parts binder, and two and two tenths of water by mass were investigated. The hemp concretes produced exhibited 0.08-0.28 MPa compressive strength sand 2.45-4.47 kg/m2⋅h1/2 capillary water absorption coefficients in the unit weight range of 401-455 kg/m3 at the age of 28 days. A reduction in the compressive strength and unit weight was observed with the increase of hydraulic binder content in the mixtures.

Keywords:

Hemp concrete, Industrial hemp, Industrial hemp stems, Hydraulic lime, Lime,

PDF

___

[1] T. Y. Erdoǧan, Beton. 2. baskı, Ankara, Türkiye: ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık ve İletişim, 2007, böl. 1, ss. 1- 6.
[2] Z. Li, Advanced Concrete Technology, New Jersey, Amerika: John Wiley & Sons, New Jersey United States of America, 2011, böl 9, ss. 476.
[3] CEMBUREAU. (2021, 5 Nisan). Key facts and figures. [Online]. Erişim: http://www.cembureau.eu/about-our-industry/key-facts-figures/
[4] P. J. M. Monteiro, A. M. Sabbie ve H. Arpad, ‘Towards sustainable concrete,” Nature Materials, vol. 16, no. 7, pp. 698-699, 2017.
[5] M. Kaya, “Yüksek ve düşük kalsiyum içeren uçucu küller ile üretilen geopolimer harçların fiziksel ve mekanik özelliklerinin incelenmesi,” Türk Doğa ve Fen Dergisi, c. 9, s. 2, ss. 96-104, 2021.
[6] J. K. Prusty, S. K. Patro ve S. S. Basarkar, “Concrete using agro-waste as fine aggregate for sustainable built environment–A review,” International Journal of Sustainable Built Environment, vol. 5, no. 2, pp. 312-333, 2016.
[7] S. Benfratello, C. Capitano, G. Peri, G. Rizzo, G. Scaccianoce ve G. Sorrentino, “Thermal and structural properties of a hemp–lime biocomposite,” Construction and Building Materials, vol. 48, pp. 745-754, 2013.
[8] O. Kinnane, A. Reilly, J. Grimes, S. Pavia ve R. Walker, “Acoustic absorption of hemp-lime construction,” Construction and Building Materials, vol. 122, pp. 674-682, 2016.
[9] N. Stevulova, L. Kidalova, J. Cigasova, J. Junak, A. Sicakova ve E. Terpakova, “Lightweight composites containing hemp hurds,”Procedia Engineering, vol. 65, pp. 69-74, 2013.
[10] P. B. de Bruijn, K. H. Jeppsson, K. Sandin ve C. Nilsson, “Mechanical properties of lime–hemp concrete containing shives and fibres,” Biosystems engineering, vol. 103, no. 4, pp. 474-479, 2009.
[11] H. Temiz , M. Maras ve F. Kantarcı , “Polimer katkılı kompozitlerin mekanik ve yalıtım özelliklerinin incelenmesi”, Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 8, s. 2, ss. 1394-1406, 2020.
[12] R. Jarabo, M. C. Monte, E. Fuente, S. F. Santos ve C. Negro, “Corn stalk from agricultural residue used as reinforcement fiber in fiber-cement production,” Industrial Crops and Products, vol. 43, pp. 832-839, 2013.
[13] L. K. Aggarwal, “Bagasse-reinforced cement composites,” Cement and Concrete Composites, vol. 17, no. 2, pp. 107-112, 1995.
[14] D. Verma, P. C. Gope, M. K. Maheshwari ve R. K. Sharma, “Bagasse fiber composites-A review,”J. Mater. Environ. Sci, vol. 3, no. 6, pp. 1079-1092, 2012.
[15] S. Qaiser, A. Hameed, R. Alyousef, F. Aslam, ve H. Alabduljabbar, “Flexural strength improvement in bamboo reinforced concrete beams subjected to pure bending,” Journal of Building Engineering, vol. 31, pp. 101289, 2020.
[16] İ. Demir, “An investigation on the production of construction brick with processed waste tea,” Building and Environment, vol. 41, no. 9, pp. 1274-1278, 2006.
[17] M. Rahim, O. Douzane, A. T. Le, G. Promis, B. Laidoudi, A. Crigny ve T. Langlet, “Characterization of flax lime and hemp lime concretes: Hygric properties and moisture buffer capacit,” Energy and Buildings, vol. 88, pp. 91-99, 2015.
[18] L. Yan, N. Chouw ve K. Jayaraman, “Flax fibre and its composites--A review,” Composites Part B: Engineering, vol. 56, pp. 296-317, 2014.
[19] S. Pantawee, T. Sinsiri, C. Jaturapitakkul ve P. Chindaprasirt, “Utilization of hemp concrete using hemp shiv as coarse aggregate with aluminium sulfate [Al2 (SO4)3] and hydrated lime [Ca(OH)2] treatment,” Construction and Building Materials, vol. 156, pp. 435-442, 2017.
[20] M. Rahim, O. Douzane, A.T. Le, G. Promis ve T. Langlet, “Characterization and comparison of hygric properties of rape straw concrete and hemp concrete,” Construction and Building Materials, vol. 102, pp. 679-687, 2016.
[21] L. Yazici, G. Yılmaz, T. Koçer ve H. Şakar, “Investigation of some yield characteristics of hemp (Cannabis sativa L.) in Tokat Ecology,” Journal of International Environmental Application and Science, c. 15, s. 2, ss. 104-108, 2019.
[22] M. Aydoğan, Y. E. Terzi, Ş. Gizlenci, A. Mustafa, E. Alpay ve H. Meral, “Türkiye'de kenevir yetiştiriciliğinin ekonomik olarak yapılabilirliği: Samsun ili Vezirköprü ilçesi örneği,”Anadolu Tarım Bilimleri Dergisi, c. 35, s. 1, ss. 35-50, 2019.
[23] İ. Demir ve C. Doğan, “Physical and mechanical properties of hempcrete,”The Open Waste Management Journal, vol. 13, no. 1, pp. 26-34, 2020.
[24] A. Shahzad, “Hemp fiber and its composites - A review,”Journal of Composite Materials, vol. 46, no. 8, pp. 973-986, 2012.
[25] S. Elfordy, F. Lucas, F. Tancret, Y. Scudeller ve L. Goudet, “Mechanical and thermal properties of lime and hemp concrete ("hempcrete") manufactured by a projection process,” Construction and Building Materials, vol. 22, no. 10, pp. 2116-2123, 2008.
[26] E. Awwad, M. Mabsout, B. Hamad, M. T. Farran ve H. Khatib, “Studies on fiber-reinforced concrete using industrial hemp fibers,” Construction and Building Materials, vol. 35, pp. 710-717, 2012.
[27] R. Walker, S. Pavia ve R. Mitchell, “Mechanical properties and durability of hemp-lime concretes,” Construction and Building Materials, vol. 61, pp. 340-348, 2014.
[28] P. Tronet, T. Lecompte, V. Picandet ve C. Baley, “Study of lime hemp concrete (LHC)--Mix design, casting process and mechanical behaviour,” Cement and Concrete Composites, vol. 67, pp. 60-72, 2016.
[29] T. T. Nguyen, V. Picandet, S. Amziane ve C. Baley, “Influence of compactness and hemp hurd characteristics on the mechanical properties of lime and hemp concrete,”European Journal of Environmental and Civil Engineering, vol. 13, no. 9, pp. 1039-1050, 2009.
[30] T. Abbot. (2021, 5 Nisan). Hempcrete factsheet. [Online]. Erişim: https://limecrete.co.uk/hempcrete-factsheet/
[31] T. T. Nguyen, V. Picandet, P. Carre, T. Lecompte, S. Amziane, ve Baley, C., “Effect of compaction on mechanical and thermal properties of hemp concrete,” European Journal of Environmental and Civil Engineering, vol. 14, no. 5, pp. 545-560, 2010.
[32] G. Balčiūnas, S. Vėjelis, S. Vaitkus, A. Kairytė, “Physical properties and structure of composite made by using hemp hurds and different binding materials,” Procedia Engineering, vol. 57, pp. 159-166, 2013.
[33] L. Arnaud ve E. Gourlay, “Experimental study of parameters influencing mechanical properties of hemp concretes,” Construction and Building Materials, vol. 28, no. 1, pp. 50-56, 2012.
[34] A. Evrard, A. De Herde ve J. Minet, “Dynamical interactions between heat and mass flows in Lime-Hemp Concrete,” 3rd International Building Physics Conference, Montreal, Canada, 2006, ss. 27-31.
[35] B. Çomak, A. Bideci ve Ö. S. Bideci, “Effects of hemp fibers on characteristics of cement-based mortar,” Construction and Building Materials, vol. 169, pp. 794-799, 2018.
[36] S. Serin, M. E. Macit, E. C. Çınar ve S. Çelik, “Doğal kenevir lifi kullanımının asfalt beton karışımlara etkisi,” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, c. 6, s. 4, ss. 732-744, 2018.
[37] A. Yılmaz, “Kenevir fiber katkılı biyokompozit malzeme geliştirilmesi,” Yüksek lisans tezi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2020
[38] İ. Aslan, “Taş mastik asfalt kaplamalarda doğal kenevir lifinin selülozik fiber yerine kullanılabilirliğinin araştırılması,” Yüksek lisans tezi, İnşaat Mühendisliği Bölümü, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yozgat Bozok Üniversitesi, Yozgat, Türkiye, 2020.
[39] Kenevir yetiştiriciliği ve kontrolü hakkında yönetmelik, T.C. Resmi Gazete, Sayı: 29842, 29 Eylül 2016.
[40] Yozgat Bozok Üniversitesi Kenevir Enstitüsü. (2021, 5 Nisan). Bölgesel kalkınma odaklı ihtisaslaşan üniversite seçilmesi. [Online]. Erişim: http://kenevir.bozok.edu.tr/basin/haber/universitemiz-endustriyel-kenevir-alaninda-bolgesel-kalkinma-odakli-ihtisaslasan-universite-secildi,tr-2054.aspx
[41] S. Amziane, F. Collet, M. Lawrence, C. Magniont, V. Picandet ve M. Sonebi, “Recommendation of the RILEM TC 236-BBM: characterization testing of hemp shiv to determine the initial water content, water absorption, dry density, particle size distribution and thermal conductivity,” Materials and Structures, vol. 50, no. 3, pp. 1-11, 2017.
[42] Standard test method for measurement of rate of absorption of water by hydraulic-cement concretes, ASTM InternationalASTM C1585-20, 2020.
[43] B. A. Silva, A. F. Pinto ve A. Gomes., “Natural hydraulic lime versus cement for blended lime mortars for restoration works. Construction and Building Materials, vol. 94, pp. 346-360, 2015.
[44] T. Jami, S. R. Karade ve L. P. Singh, “A review of the properties of hemp concrete for green building applications”, Journal of Cleaner Production, vol. 239, pp. 117852, 2019.
[45] E. Sassoni, S. Manzi, A. Motori, M. Montecchi ve M. Canti, “Novel sustainable hemp-based composites for application in the building industry: Physical, thermal and mechanical characterization,” Energy and Buildings," vol. 77, pp. 219-226, 2014.
[46] R. Walker ve S. Pavia, Moisture transfer and thermal properties of hemp–lime concretes,” Construction and Building Materials, vol. 64, pp. 270-276, 2014.
[47] B. Seng ve C. Magniont ve S. Lorente, “Characterization of a precast hemp concrete block. Part II: Hygric properties,”Journal of Building Engineering, vol. 24, pp. 100579, 2019.