New Generation Binders for Sustainable Concrete Production


Creative Commons License

Kurbetci Ş., Sayıl M. C.

All Sciences Academy, Konya, 2026

Özet

Son yıllarda, kontrolsüz nüfus artışı ve insan faaliyetleri, sera gazı emisyonlarında önemli artışlara neden olmuştur. Küresel ısınmanın etkilerinin giderek daha somut hale gelmesi ve Portland çimentosu üretiminin insan kaynaklı CO2 emisyonlarının büyük bir kısmına sebep olması, araştırmacıları alternatif, daha sürdürülebilir bağlayıcılar geliştirmeye sevk etmiştir. Portland çimentosu üretiminden kaynaklı emisyonlar, esas olarak çimento klinkeri üretiminin yoğun enerji tüketimi gerektiren bir süreç olmasından kaynaklanmaktadır. Literatürde, çalışmaların esas olarak klinker bazlı, magnezyum bazlı ve alkali ile aktive edilmiş bağlayıcıların geliştirilmesine odaklandığı görülmektedir. Bu bağlayıcıların her biri, CO2 emisyonlarını azaltma hedefini, klinkeri alternatif malzemelerle değiştirmek, çimento üretimi için alkali aktivatörlerle birlikte endüstriyel atıkları kullanmak veya bileşen olarak CaO yerine MgO kullanmak gibi farklı ilkelerle gerçekleştirmeye çalışmaktadır. Bu çalışmada, yeni nesil sürdürülebilir bağlayıcılar hakkında genel bilgiler verildikten sonra, bunların betonun taze, mekanik ve durabilite özellikleri ve çevresel performansları üzerindeki etkileri tartışılmaktadır. Literatürde, bu tür bağlayıcıların kullanımının genel olarak dayanımın azalmasına neden olduğu; ancak durabilite özelliklerinde genellikle daha yoğun bir mikro yapının oluşmasından kaynaklı iyileşmeler olduğu bildirilmektedir. Ayrıca, mekanik özellikler üzerindeki olumsuz etkilerin mineral veya kimyasal katkı maddeleri kullanılarak veya bu bağlayıcıların tipik bileşimlerinin optimize edilmesiyle telafi edilebildiği de ifade edilmektedir. Dolayısıyla, bu yeni nesil sürdürülebilir bağlayıcıların bir yandan kabul edilebilir mekanik performans sağlarken bir yandan da CO2 emisyonlarını önemli ölçüde azaltarak beton üretiminde sürdürülebilirliği mümkün kıldıkları, bunu yaparken atık yönetimi stratejilerine ve doğal kaynakların korunmasına katkı sağladıkları da görülmektedir.

In recent years, uncontrolled population growth and human activities have resulted in significant increases in greenhouse gas emissions. Given that the effects of global warming have become increasingly tangible and production of Portland cement contributes to a major portion of anthropogenic CO2 emissions, researchers started to seek alternative, more sustainable binders. Emissions related to Portland cement production mainly arise from the fact that producing cement clinker is an energy intensive process. Literature shows that studies mainly focus on the development of clinkerbased, magnesium-based and alkali-activated binders, each of them having different principles to reduce resulting CO2 emissions, such as replacing clinker with alternative materials, using industrial wastes with alkaline activators to produce cement or using MgO instead of CaO as a constituent. In this study, introductory information on these new generation sustainable binders is given, then their effects on fresh, mechanical and durability properties and environmental performances of the resulting concrete mixtures are discussed. Literature reveals that the use of such binders tends to cause reduced strength in general; however, significantly improved durability properties, generally stemming from the formation of a denser microstructure, are also reported. Furthermore, negative effects on mechanical properties can reportedly be compensated by using admixtures or additives or optimizing the typical compositions. Thus, it is evident that these new generation sustainable binders have potential to reduce CO2 significantly to promote sustainability in concrete production and contribute to waste management strategies and preservation of natural resources, while maintaining acceptable mechanical performance.