Çelik Cüruf Betonu Nedir?

Nüshet Çamuşoğlu / nushet@ekoyapidergisi.org
İnşaat sektörü dünyanın en büyüklerinden biridir ve çimento ve beton tam anlamıyla başarısının yapı taşlarıdır. Tarih öncesi mağaralardan günümüzün yüksek gökdelenlerine dönüşen beton yapılar, binalar, yollar, köprüler, tüneller ve barajlar için dayanıklı ve güvenilir destek sağlayan modern uygarlığın kritik yapı taşıdır. Öyle ki beton sudan sonra dünya üzerinde en çok tüketilen malzemeyken onu güçlendirmek için kullanılan çelik açık ara en yaygın kullanılan metaldir. Lakin bu yüksek çevresel maliyetleri beraberinde getirir. Beton çoğu kum, çakıl ve kırma taş gibi agregaların çıkarılması ve taşınmasından kaynaklanan küresel karbon emisyonlarının %8'ini oluşturur. 

Daha sağlıklı şehirler inşa etmenin büyük bir kısmı betonu daha sürdürülebilir hale getirmek ancak bu birçok zorluğu da beraberinde getirir. Beton üretimini durdurmak tamamen imkansızdır ve tam yenileme, hala ulaşılamayan uzun vadeli bir yaklaşımdır. Bu nedenle bugün daha çok, malzemenin yüksek performansından ödün vermeden çevresel etkilerini azaltmanın yollarını bulmakla ilgilidir. Ama bunun için nereye bakmalı? Son araştırmalar geri dönüştürülmüş endüstriyel atıkta, özellikle çelik cürufu adı verilen çelik imalatının bir yan ürününde çözüm bulunabileceğini öne sürüyor. Aşağıda bu malzemenin mimarlık ve inşaat endüstrisindeki umut verici potansiyelini açıklandı. 

Doğal agregaların endüstriyel atıklarla yerini alması

Agregalar betonun en önemli bileşenlerinden biridir; hacminin yaklaşık dörtte üçü çimento ile birbirine bağlanmış ince ve kaba agregalardan oluşur. Bu betonun tüm temel özelliklerinin (dayanıklılık, mekanik dayanım, bakım kolaylığı vb.) agreganın kalitesi ve türü ile yakından ilişkili olduğu anlamına gelir. Onlarca yıldır bıkmadan usanmadan kullanılan doğal agregaların çoğu az bulunur, dayanıklılık açısından sorunludur ve bozulmaları çok fazladır ve bunların çıkarılışı sırasında çok fazla miktarda kirliliğe neden olur. Bu 2021 araştırmasının da gösterdiği gibi "Doğal kaynakların kontrolsüz kullanımı uzun yıllardır ciddi çevre sorunlarına neden olmuştur. Örneğin, dere yataklarından korunmasız kum ve çakıl çıkarılması çevreye zarar verir." Böylece doğal agreganın değiştirilmesi, sürdürülebilirliğin üstesinden gelmek için alternatif bir çözüm haline gelir.

Çelik cürufunun büyük ölçekli inşaat potansiyeli hala araştırılıyor ve test ediliyor olsa da inşaat endüstrisinde çimento ve agregaların kısmi yerini almasıyla umut verici bir geleceğe sahip olabilir. Yıllar boyunca birçok araştırma bunu araştırdı ve birçok araştırmacı ve mühendis, çelik cürufunun uygun bir beton agregası olarak kullanılmasının mümkün olduğunu şimdiden keşfetti. Çelik cürufu en ilginç atıklardan biri olarak kabul edilir ve çelik üretiminin kaçınılmaz bir yan ürünüdür. Çelik yapım fırınlarında erimiş çeliğin katışıkların ayrılması sırasında büyük miktarlarda üretilir. Cüruf erimiş bir sıvı olarak oluşan ve soğuduktan sonra katılaşan karmaşık bir silikat ve oksit çözeltisidir; granüler malzemenin betonda bir agrega olarak kullanılmaya, imal edilmeye uygun bir boyutta öğütülen camsı bir maddedir.

Cüruf çokça ve potansiyel olarak değerlidir. Melbourne RMIT Üniversitesi'nden Su Mühendisi Biplob Pramanik "Küresel çelik üretim endüstrisi her yıl 130 milyon tondan fazla çelik cüruf üretiyor." dedi. Dünya Çelik Birliği verilerine göre çelik cürufunun 15,7 milyon tonu yalnızca Avrupa'da yan ürün olarak ortaya çıkıyor ve bunun 11,5 milyon tonu geri dönüştürülüyor. Dünyanın dört bir yanındaki çelik fabrikaları tarafından üretilen büyük miktardaki çelik cürufu, özellikle başka türlü atılacaklarla malzemelerin geri dönüştürülmesi için önemli bir kaynaktır.

Geliştirilmiş mukavemet, dayanıklılık ve çevresel sürdürülebilirlik

Sonuçta çelik cürufunun betonda kullanılması çelik endüstrisi tarafından üretilen atık miktarını azaltır. Endüstriyel atık oldukça kirleticidir bu nedenle ona yeni bir çözüm üretmek döngüsel ekonomiye katkıda bulunmanın harika bir yoludur. Aynı zamanda çelik cüruflu beton yeni agrega ihtiyacını azaltır, sınırlı doğal kaynakların çıkarılmasını önler ve betonun mükemmel fiziksel özelliklerini korurken karbon emisyonlarını azaltır. 

"Çimento ve beton üretimi durdurulamayacağı için mevcut soruna alternatif bir çözüm olarak başka bir çevre sorunu olan endüstriyel geri atıkların geri dönüşümüne yönelmek en doğrusu olacaktır." (Gencel, 2021)

Çelik cüruflu betonun son yıllarda ilgi görmesinin bir diğer nedeni de çevresel sürdürülebilirliğinin ötesinde bir dizi fayda sağlamasıdır. Beton dökülürken ve kürlenirken çelik cüruf parçacıkları beton matrisinin ayrılmaz bir parçası haline gelir, bir dolgu görevi görür. Betonun yoğunluğunu geliştirmeye yardımcı olur, bu da betonun mukavemetini ve dayanıklılığını artırır.

Çelik cürufu çok yoğun ve sert bir malzeme olduğu için hava koşullarına dayanıklıdır, aşınmaya dayanıklıdır ve çakıl ve kireç taşı gibi geleneksel agregalara göre daha yüksek yüklere ve basınçlara dayanabilir. Avustralyalı bilim insanları çelik atıkları ile yeni beton yaptı ve sonuçları %17 daha güçlüydü. Diğerleri çelik cürufu agregalı örneklerin, ezilmiş kireç taşı olanlara göre önemli ölçüde daha yüksek basınç dayanımına sahip olduğunu ve çelikteki artan çelik cürufu içeriğiyle gözenek hacminin azaldığını, bunun da daha iyi manevra kabiliyeti sağladığını ve montajı ve bitirmeyi kolaylaştırdığını bulmuş. Ayrıca geleneksel agregalardan daha düşük bir termal genleşme kat sayısına sahiptir. Bu da beton yapılarda rötre çatlamasını azaltabileceği anlamına gelir.

"Çelik cürufu hem çevre hem ekonomi hem de sürdürülebilir kalkınma açısından büyük faydalar sağlayabilir. Portland çimentosunun yerini önemli basınç dayanımı değerleri ile %45'e kadar alabilir." (Gencel, 2021)

Sıradışı potansiyele sahip parçalayıcı bir malzeme

Çelik cürufu mekanik dayanıklılığı, gözenekliliği, aşınma direnci ve su emme özelliğinden dolayı asfalt yol karışımları için ince ve kaba agrega olarak, ayrıca klinker için bir ham madde, demiryolları için balast ve dolgu malzemesi olarak kullanılır. Gelişmiş araştırma ve testler sayesinde betonda kullanımı çevresel ve fiziksel özellikleri nedeniyle giderek daha fazla tanınır.  Bu da yakında diğer kullanımlara da yaygınlaşabileceği anlamına gelir. Örneğin köprü ve gökdelenler gibi yüksek dayanımlı beton yapılar, geleneksel olarak normal betonla inşa edilecek ve ekstra dayanıklılık ve sürdürülebilirlik odaklı diğer binalar için uygun bir malzemedir. Mühendisler, mimarlar ve tasarımcılar bu umut verici niteliklerden yararlanabilir ve bu malzemeyi daha sağlıklı ve daha iyi binalar inşa etmek amacıyla iyi kullanabilir. 

Bununla birlikte çelik cüruflu betonun geleneksel beton kadar iyi bilinmediği ve günümüzde geliştirilme şeklinin hala bazı sınırlamaları olduğunu belirtmek önemlidir. Cürufta metalik demir bulunması ve uzun vadede istenmeyen beton bileşenlerle diğer reaksiyonların oluşması mümkündür. Hatta bir kısmının genleşmesi muhtemeldir. Ancak parçalayıcı bir malzeme olarak bile çelik cürufu olağanüstü bir potansiyele sahip. Dünya daha da geliştikçe bu tür yenilikçi malzemeler her zaman keşfedilmeye değer olacak.