beton-ozellikleri-nedir

Okuma Süresi 2dk 15sn.

Paylaş:

Beton Özellikleri: Kendini Temizleyen Beton (Nano TiO2) Nedir?

Farklı endüstri kuruluşlarının sebep olduğu endüstriyel kirlilikler ve atmosferin her geçen gün biraz daha kirlenmesi gibi sebepler; yeni teknolojiler sayesinde canlı ortamının sürekli temiz tutulmasını zorunlu hale getirir. Bu duruma paralel olarak da günümüzde; istenilen şekil, renk ve dokuda üretilebilen, sadece malzeme olarak değil tasarım temasının bir parçası olarak estetik özellikleri önem kazanan, aynı zamanda bakım onarım ihtiyaçları azalmış, dayanıklılığı ve dayanımı yüksek betonlar oldukça fazla talep görüyor. Bu yazımızda, TÇMB Ar-Ge Kalite Kontrol Bağımsız Deney Laboratuvarlarında üretilen nano boyutlardaki anataz kristal yapıda “TiO2” (Titanyum dioksit) kullanımı ile kendini temizleyen çimento pastası üretimi çalışmasından bahsedeceğiz. Ayrıca, bu çalışmada kullanılan TiO2 nedir ve özellikleri nelerdir, neden ve nerelerde tercih edilir gibi konulara da değineceğiz.

Fotokatalitik Etki Nedir Ve İdeal Bir Fotokatalizör Nasıl Olmalıdır?

Endüstriyel atıklardaki canlılara zarar veren kirliliklerin uzaklaştırılması için etkin yöntem ve maddelere ihtiyaç bulunur. Dolayısıyla, etkin alternatif çözüm metotlarının ortaya konması ve yeni malzemelerin sentezlenmesi gerekir. Fotokatalitik ürünler; uçucu organik bileşiklerin ve zararlı bakterilerin bulundukları ortamda parçalanarak tamamen zararsız olan H2O (su) ve CO2 (karbon dioksit)’e dönüşmelerini sağlar. Böylece, canlı hayatındaki çevre kirliliği tehdidinin önüne geçmeyi hedefler. Fotokataliz için en iyi örneklerden birisi Şekil 1’de görüldüğü gibi fotosentezdir. Bu çalışmada ise bu fotokatalizin yapı malzemelerinde gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir.

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton

Şekil 1. Doğal Fotokataliz Örneği

Beton Özellikleri: Neden TiO2 Kullanılır?

Fotokatalitik etkiyi yaratmak için ise uygun ve kullanılabilir bir fotokatalizör madde seçmek gerekir. Bu kapsamda, yarı iletken metal oksitler kullanılır. Yarıiletken fotokatalizörlerin çalışma prensibi; UV ışığı etkisi ile katalitik aktivite kazanmaya ve bu sayede zararlı organik moleküllerin yüzeyde oluşturduğu indirgen ve yükseltgen reaksiyonlarla parçalamaya dayanır. İdeal bir fotokatalizör özellikleri arasında;

  • Kimyasallardan ve dış etkilerden etkilenmemek,
  • Görünür ışık ya da yakın UV ışınları ile aktif hale geçebilmek,
  • Kolay sentezlenebilmek,
  • Toksik olmamak,
  • Yüksek fotoaktiviteye sahip olmak,
  • Oldukça geniş yüzey alanı, saf ve nano boyutta kristal yapısına sahip olmak vardır.

Kullanılan metal oksit yarı iletkenler arasında da TiO2’in etkin bir yarı iletken olduğu literatürde belirlenmiştir. Özellikle bu yarı iletkenin birçok kullanım alanı arasında yerini bulmasının sebebi ise kararlı, zararsız ve kokusuz olmasından kaynaklanır. Ayrıca, yukarıda sıralanan özelliklere de sahip olmasıyla tercih edilir.

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton-nedir

Şekil 2. Fotokatalitik Malzeme Olarak Kullanılan TiO2 Tozu

TiO2 Özellikleri Nelerdir?

TiO2 kristalleri doğada dört formda bulunur. Bunlar; amorf, brookit, anataz ve rutildir. Bu formları arasından ise rutil ve anataz fazları genelde fotokatalizör olarak kullanılır. Ancak bu ikisi arasından da anataz fazdaki TiO2’in daha fazla fotokatalitik etki gösterdiği literatürde yer alır. Fotokatalizörler, absorbe ettiği güneş ışınları etkisi ile yüzeyinde kuvvetli yükseltgen türler olan radikalleri (oksit, peroksit ve hidroksil radikalleri) oluşturur.  Dolayısıyla, zararlı organik moleküllerin parçalanmasını sağlarlar. Bunun reaksiyon sonucunda ise; H2O ve CO2 gibi zararsız türler oluşur. Ayrıca anataz formundaki TiO2, UV ışığı altındaki bakteriler ile organik ve inorganik malzemelerin birçok tipini oksitleyerek bozunmasını da sağlar. Yarı iletkenler elektronik yapılarından dolayı güneş ışığını absorbe eder. Yüzey alanı, partikül boyutu, ışık şiddeti, yoğunluğu, başlangıç kirlilik derişimi, fotokatalizör miktarı gibi etkenler fotokatalitik aktiviteyi etkiler.

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton-neye-yarar

Şekil 3. TiO2’nin Kendini Temizleme Çalışma Prensibi

Özetleyecek olursak; yukarıda yer alan Şekil 3’te TiO2’nin güneş ışığı ile kendini temizleme çalışma prensibi şeması üzerinden ilerleyebiliriz. TiO2 katkılı betona güneş ışınları çarptığında; katalitik malzeme güneşten alınan enerji sayesinde aktive olmaya başlar. Bunun sonucunda aktive olan TiO2, fotokatalitik yani kendini temizleme özelliği olan betonun yüzeyine yayılır. Bu sayede de beton yüzeyindeki zararlı organik bileşiklerin ayrışmasını sağlar.

TiO2 (Titanyum Dioksit) Nerelerde Kullanılır?

TiO2; sıvalarda ve kaplamalarda, derzlerde ve dolgu malzemelerinde, beton zeminlerde, kaldırım taşlarında, çimento esaslı kaldırım ve otoyol kaplamalarında, trafik levhalarında, boyalarda, prefabrik yapılarda, beton yollarda, hava ve su filtreleri gibi alanlarda tercih edilir.

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton-nerelerde-kullanilir

Resim 1. RomaJubilee Kilisesi’nde Fotokatalitik Betonların Kullanım Örneği

Beton Özellikleri: Kendini Temizleyen Beton Deneysel Çalışma

Bu çalışmanın amacı; “TiO2” (Titanyum dioksit) kullanımı ile kendini temizleyen çimento pastası üretilmesidir.

Karışımlarda Kullanılan Malzemeler ve Oranları:

Aşağıda Tablo 1’de belirtilen malzemeler, 3 adet laboratuvar tepsisine dökülecek şekilde Tablo 1’de belirtilen oranlarda karıştırılmıştır. Karışımlarda CEM II/B-L 42.5R tipi beyaz çimento kullanılmıştır. 1 numaralı tepside içerisinde titanyum dioksit bulunmayan kontrol karışımı, 2 numaralı tepside içerisinde anataz fazda TiO2 bulunan test karışımı bulunmaktadır. 3 numaralı tepsi ikiye bölünmüş yarısına anataz TiO2 içeren test karışımı kalan yarısına da TiO2 içermeyen kontrol karışımı dökülmüştür. 0,5 cm kalınlığında olacak şekilde tasarlanmış karışımların alt tabakaları TS EN 196-1’e göre hazırlanan CEM I 42.5R çimento, CEN standart kumu ve saf su içeren karışımdan oluşmaktadır.

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton-deney

Tablo 1. Karışım Malzeme Oranları

Karışımların dökümünün ardından çekilmiş fotoğraflar; Fotoğraf 1 ve 2’de ve Fotoğraf 3’te verilmiştir.

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton-ozellikleri

Şekil 4. Döküm Sonrası Tepsiler

Karışım Yüzeylerinin Kirletilmesi

Tepsiler 2 gün boyunca %90’ın üzerinde nemde ve 20±1 C° sıcaklık aralığındaki kür dolabında bekletildikten sonra 1 ve 2 numaralı tepsiler önce eşit oranda egzoz gazıyla daha sonra gres yağıyla kirletilmiştir. Ardından güneş ışınlarına maruz bırakılmıştır. 3 numaralı tepsi ise yalnızca eşit oranda gres yağı ile kirletilmiştir. Daha sonra, güneş alan bir bölgeye yerleştirilmiştir. Tepsiler 3 gün boyunca güneş ışınlarına maruz kalmıştır.

Beton Özellikleri: Karışımların Kendini Temizleme Prensibi

Kendini temizleme özelliği 2 ana bölümden oluşur;

  • İlk bölümde, TiO2’nin foton parçacıkları ile etkileşimi sonucu organik bileşikleri ve karbonu yükseltgeyici kısa ömürlü moleküller oluşur. Bu bileşikler oksijen ve suyla tepkimeye girerek bir yapışkan tabaka gibi görev yapan karbonat, sülfat ve nitrat gibi inorganik tuzların oluşturduğu kir tabakasının yüzeyden kopmasına yol açar. Böylece anataz titanyum dioksit, kirin güneşten gelen UV-Işık kaynağı ile beton yüzeyinden sökülmesini sağlar.
  • İkinci bölümde, anataz fazdaki TiO2 nano boyutlarda yüksek su tutma özelliğine sahip olduğundan dolayı, daha önce sökülmüş olan kir tabakasının yüzeyde sıvı bir kaplama oluşturarak yüzeyden atılmasını sağlar.

Deney Sonuçları ve Değerlendirmeler

Gün ışığında bekletilen karışımların yüzeyleri Fotoğraf 4, 5’te ve Fotoğraf 6’da ve 7’de gösterilmiştir. İçinde anataz fazda TiO2 bulunan karışımların yüzeylerinin diğer karışımlara göre çok daha temiz kaldığı gözlenmiştir.

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton-sonuc

Şekil 5: 3 no’lu tepsinin TiO2 içeren kısmı (solda) gün ışığına maruz kaldıktan sonra ve TiO2 içermeyen bölümü gün ışığına maruz kaldıktan sonra

beton-ozellikleri-kendini-temizleyen-beton-deney-sonuclari

Şekil 6: 1 No’lu tepsi Gün ışığına maruz kaldıktan sonra (solda), ve 2. No’lu Tepsi Gün Işığına Maruz Kaldıktan sonra (sağda)

Beton Özellikleri: Kendini Temizleyen Beton Neden Önemlidir?

Endüstriyel atıklar, çevre kirliliğine sebebiyet verir. Aynı zamanda atmosfer yapısı her geçen gün daha fazla hasar almaktadır. Küresel iklim değişikliği ve işletmelerin çevresel etkilerinin azaltılması amacı ile sürdürülebilirlik konusunun önemi hakkında daha detaylı bilgiye EPD Nedir? Çevresel Ürün Beyannamesi Neye Yarar? adlı yazımızdan ulaşabilirsiniz. Dolayısıyla, yeni teknolojiler ile yeni ürünler geliştirilmesi günümüzde hayati bir öneme sahip diyebiliriz. Günümüzde birçok yaşama alanı olarak kullanılan; ofis, ev, hastane odaları, okullar, kütüphane, laboratuar gibi iç ve dış mekanlarda kullanılan duvar kaplamalarına TiO2 kullanımıyla fotokatalitik etkinin kazandırılması amacıyla yürütülen bu çalışma sayesinde kendini temizleyen beton (Nano TiO2) geliştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı; inşaat derzlerine ve dış cephe kaplamalarına kazandırılan fotokatalitik aktivite sayesinde dışarıdan güneş ve UV ışığına maruz kalan bütün yüzeylerde kirlenme etkisini azaltmaktır. Bunun sonucunda, kirlenme etkisi azalacağından dolayı temizlik ürünleri maliyeti azalırken zamandan da tasarruf sağlayacağı düşünülür. Aynı zamanda, betonun kendi kendini temizleyebilmesi özelliği sayesinde; birçok organik kirliliğin, zararlı egzoz gazı dumanları ve bakteri üremesinin önüne geçilmesiyle çevresel etkilerden de korunmak mümkün hale gelir.

Kullanılan Kaynaklar:

  • Folli, C. Pade, T.B. Hansen, T. De Marco, D.E. Macphee, TiO2 photocatalysis in cementitious systems: Insights into self-cleaning and depollution chemistry, Cem. Concr. Res. 42 (2012) 1155-1164.

Beyaz Çimento Bölümünden Seçtiklerimiz

Prefabrik İmalatı ve Beyaz Çimento Kullanmanın Avantajları

Prefabrik imalatı sırasında beyaz çimento kullanmak, beyaz çimentonun sahip olduğu üstün dayanım karakteristiği ile -gri çimento...

Agrega Türleri Nelerdir? Çimentoda mikro yapı nedir?

Agrega; çimento ve suyla kullanılan kum, çakıl, kırma taş gibi taneli farklı mineral yapıya sahip inorganik malzemelere verilen ...