Cenk Öcal

This study investigates the development of sustainable dry-mix shotcrete incorporating fly ash and silica fume as partial cement replacements in order to reduce the environmental impact of cement production. A total of 24 mixtures were systematically evaluated, with 10–30% supplementary cementitious material and 0.9–1.8 kg/m³ polypropylene fiber dosages. This research establishes a quantitative framework for optimizing mechanical performance, durability, and Global Warming Potential. Experimental results reveal that silica fume replacement increases 28-day compressive strength by up to 31.13%, while an optimal polypropylene fiber dosage of 0.9 kg/m³ provides a 15.87% strength enhancement through a matrix-bridging effect. Conversely, excessive fiber content (1.8 kg/m³) increases porosity, leading to a 14.94% reduction in strength. Durability analysis demonstrates that silica fume and fly ash significantly refine the microstructure, reducing sorptivity and limiting freeze–thaw strength loss to a range of 18.13% to 41.03%. Crucially, the 30% by volume of the cement replaced with silica fume mixture was identified as the optimum design, achieving the lowest Global Warming Potential per unit strength at 8.82 kg CO₂-eq/m³/MPa, compared to 18.75 for the high-fiber mixture. These findings provide new, specific evidence that these supplementary cementitious material blends can successfully produce dry-mix shotcrete with significantly lower carbon emissions.

It is known that approximately 8% of atmospheric carbon dioxide (CO₂) emissions originate from cement production. Consequently, there is ongoing rapid research into environmentally friendly and alternative materials that could substitute for cement. Olivine [(Mg, Fe)₂SiO₄] is an abundant mineral in the Earth’s crust that facilitates CO₂ sequestration due to its high solubility. This study investigates the effects of hydration mechanisms in olivine-substituted cement mortars on their compressive strength, microstructural characteristics, and physical properties. For this purpose, standard cement mortars were produced using CEM IV 32.5 N-type cement with olivine substitution rates of 0%, 10%, and 20%. The compressive strength of the specimens was initially determined at 7, 28, and 90 days. Subsequently, the hydration mechanisms at 7, 28, and 90 days were characterized using X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), Differential Thermal Analysis/Thermogravimetric Analysis (DTA/TG), and Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS). The results demonstrated that the 10% substitution rate complies with the BS EN 196-1 standard, and olivine can be substituted for CEM IV type cement up to 10% without requiring calcination.

Most of the reinforced concrete framed buildings commonly used in developing countries are not secure against earthquakes. Studies on seismic performance of reinforced concrete framed structures showed that; lateral stiffness often needs to be improved. In this study, in order to rehabilitate the structures, performances of ferrocement panels can be used to strengthen the existing hollow brick infill walls such that they act as cast-in-place concrete in fills improving the lateral stiffness is researched. Ferrocement panels are not only to be as light as can be carried by two people easily, but also from the low cost and usefulness against tensional and loads point of view. Previous researches results indicated that strength, stiffness, energy dissipation and story drift characteristics of the reinforced concrete framed building structures can be rehabilitated by the eco-friendly, cost effective and practically applicable seismic retrofitting technique that does not need evacuation of the building with these high-performance ferrocement panels.

Planning is one of the advancements in Building Information Modeling (BIM) domain which enables the practitioner to visualize the relation of time with 3D objects. Notwithstanding the fruitful existing studies, the awareness of the practitioners concerning 4D-BIM features is not sufficient. Moreover, the construction industry suffers from the lack of features of the existing 4D-BIM software. Furthermore, the existing features vary from software to software due to a lack of awareness with respect to the importance of the features of 4D-BIM. These drawbacks result in unsuccessful 4D-BIM applications in the construction industry. Therefore, this study aims to define 4D-BIM features and detect their importance in the construction industry. Hence, 4D-BIM features were detected via an in-depth literature review and a Focus Group Discussion (FGD) conducted with 10 experts. Consequently, 16 4D-BIM features were detected. Later, the features were evaluated by 35 experts who have experience in the 4D-BIM domain, and the obtained data were analyzed via Relative Importance Index (RII) method to detect the significance levels of 4D-BIM features. As a result, the significance level of each feature was found to be greater than 0.5 according to RII method, which indicates that each of the features in 4D-BIM has critical importance in the planning of the project. It is highly believed that this study will pave the way for future 4D-BIM-related studies as well as increase the awareness of the practitioners, software developers and researchers in terms of the current needs of the construction industry.

Bu çalışmada SIFCON (Çimento bulamacı emdirilmiş lifli beton) üretiminde CEM I 42.5 R tipi çimento yerine yer fıstığı kabuğu külünün değişik oranlarda kullanılabilirliği araştırılmıştır. Bu amaçla; her numune için hacimce %10 oranında TS EN 14889-1 standardına uygun 0.75 mm çaplı ve 40 mm uzunluğunda çelik lif kullanılmıştır. 600 OC’ de kalsine edilen yer fıstığı kabuğu külü CEM I 42.5 R tipi çimento yerine %0, %2.5, %5, %7.5 ve %10 oranlarında ikame edilmiştir. Çimento bulamacı üretimlerinde; her numune için aynı oranda bağlayıcı (yer fıstığı kabuğu külü ikameli CEM I 42.5 R çimentosu), aynı oranda silis dumanı, aynı oranda kuvars kumu, aynı oranda su, aynı oranda kimyasal katkı kullanılmış ve aynı oranda hava hacmi hesaplanmıştır. Hazırlanan çimento bulamaçları, SIFCON üretim yöntemine göre kalıplara doldurularak üretimler yapılmıştır. Üretilen numunelerin; birim hacim ağırlıkları, 28 günlük eğilme ve basınç dayanımları, su emme oranları, porozite yüzdeleri ve kılcal su emme değerleri belirlenerek, yer fıstığı kabuğu külü ikamesinin SIFCON üzerindeki etkisi değerlendirilmiştir.

EN 197-1 standardına göre üretilen çimentoların dayanım sınıfları EN 196-1 standardına göre belirlenmektedir. EN 196-1 standardına göre yapılan çimento harcı üretimlerinde üretim tekniği olarak kaba önce su konulur, daha sonra çimento eklenerek 30 s düşük hızda çalıştırılır, sonraki 30 s sürede kum ilavesi yapılır, karıştırıcı 30 s yüksek hızda çalıştırılır, 90 s sonra cihaz durdurularak kabın içerisine yapışan harç temizlenerek karışıma ilave edilir ve üretime 60 s yüksek hızda devam edilerek üretim süreci tamamlanır. Üretim standardı belirlenmeyen harçların üretimlerinde ise homojenliği sağlamak üzere çoğunlukla önce kuru karışım (çimento-kum veya çimento-agrega), daha sora ise kuru karışıma gerekli su ilavesi yapılarak karışımın mümkün olduğunca homojenleştirilmesi sağlanmaktadır. EN 196-1 de belirtilen üretim tekniği ile diğer alternatif üretim tekniklerinin karşılaştırılması amacıyla yapılan bu çalışmada; 3 farklı firmadan temin edilen CEM I 42.5 R tipi çimento, kum ve suyun karışıma girme sıraları değiştirilerek ve EN 196-1 standardında belirtilen süreçler baz alınarak 6 farklı üretim tekniğine göre üretimler yapılmıştır. Üretilen örneklerin EN 1015-3 standardına göre yayılma değerleri, EN 12350-6 standardına göre taze yoğunluğu, EN 196-1 standardına göre 2, 7 ve 28 günlük dayanım özellikleri, EN 12390-7 standardına göre sertleşmiş yoğunluğu, Arşimet prensibine göre su emme yüzdeleri ve porozite değerleri ile EN 1015-18 standardına göre kılcal su emme katsayısı değerleri belirlenmiştir. Çalışmanın sonucunda işlenebilirlik açısından en uygun üretim tekniğinin kum-su-çimento sıralaması ile üretilen örneklerde olduğu, mekanik özellikler açısından ise en uygun üretim tekniğinin ise EN 196-1 standardında belirtilen üretim tekniği olduğu sonucuna varılmıştır.

Bu çalışmada, CEM IV 32.5 N tipi çimento kullanarak, pamuk küspesi (0-2 mm) CEN standart kum yerine %0, %1, %2, %3 ve %5 oranlarında hacimce ikame edilerek su/bağlayıcı oranı 1 olan TS EN 998-2 standardına göre sıva harçları üretilmiştir. Elde edilen sıva harcı numunelerinde, pamuk küspesinin sıva harcı performans özelliklerine etkisi belirlenmiştir. Bu amaçla TS EN 998-1 standardına göre yapılması zorunlu olan; kuru birim yoğunluk, 28 günlük basınç dayanımı ve ısıl iletkenlik deneylerine ek olarak yayılma tablası yayılma çapı ve 28 günlük eğilme dayanımı deneyleri yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda; yayılma tablası yayılma çapı değeri 25 cm’nin üzerinde olan, 1.751 g/cm3-1.796 g/cm3 kuru birim yoğunluğu aralığında, 1.98 MPa-2.23 MPa eğilme dayanımı aralığında 9.44 MPa-9.9 MPa (CS IV) basınç dayanımı aralığında ve 0.365 W/mK-0.603 W/mK ısıl iletkenliği aralığında olan pamuk küspesi ikameli sıva harçları elde elde edilmiştir. Isıl iletkenliğin önemli olmadığı yüzeylerde pamuk küspesinin sıva harcı içerisinde hacimce %5 oranına kadar agrega olarak kullanılmasında bir sakınca görülmemekle birlikte malzemenin sürdürülebilirlik açısından, uzun süreli performans özelliklerinin ve fayda-ekonomik katkı analizlerinin de yapılmasının faydalı olacağı düşünülmektedir.

Bu çalışmada, inşaat sektöründe yaygın olarak kullanılan 2 tip çimento (CEM I 42,5 R ve CEM IV/B (P) 32,5 N) ile CEN standart kum granül boyutları aralığındaki GCA’lar, CEN standart kumu yerine %0, %10, %20 ve %30 oranlarında ikame edilerek GCA ikameli harç numuneleri üretilmiştir. Numuneler üzerinde ASR’yi belirlemek için ASTM C 1260-14 standardına göre hızlandırılmış harç çubuk deneyleri yapılmış ve çimento tipine göre ikame oranlarının ASR’ye etkisi incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda, en riskli çimento olan CEM I serisi örneklerinde bile GCA’ların ikame oranı arttıkça ASR açısından genleşmenin baskılandığı gözlemlenmiş ve GCA’ların ASR’yi önlemede etkili olduğu anlaşılmıştır.

Betondan kaynaklı sabit yükleri azaltmak için en etkili yöntem hafif agrega kullanmaktır. Bu çalışmada; şap betonu üretiminde CEN standart kumu yerine %0, %5, %10, %15, %20, %25 ve %30 oranlarında genleştirilmiş cam agregası (0.25mm - 0.50 mm) ve genleştirilmiş perlit agregası (0.25mm - 0.50 mm) ikame edilerek ve CEM I 42.5 R, CEM I 52.5 N, CEM II 42.5 R ve CEM IV 32.5 N tipi çimentolar kullanarak şap betonları üretilmiştir. Üretilen şap betonlarının bazı fiziksel özelliklerini belirlemek için; sertleşmiş yoğunluk, ağırlıkça su emme ve kılcal su emme deneyleri yapılmıştır. Çalışmanın sonucunda, hafifliğin ön planda olduğu durumlarda genleştirilmiş perlit agregası ikameli CEM IV 32.5 N tipi çimento ile üretilen şap betonlarının, su emme özelliği açısından CEM I 52.5 N tipi çimento ile üretilen şap betonlarının ve kılcal su emme özelliği açısından ise %30 genleştirilmiş perlit agregası ikameli CEM IV 32.5 N tipi çimento ile üretilen şap betonlarıının tercih edilmesinin uygun olacağı sonucuna varılmıştır.

Bu çalışmada tezek külü ikameli çimento harçlarının mühendislik özellikleri incelenmiştir. İnekten elde edilen tezek malzemesi 400 0C de kalsine edilerek tezek külü haline getirilmiş ve CEM I 42.5 R tipi çimento yerine ağırlıkça %0, %2, %4, %6, %8 ve %10 oranlarında ikame edilerek karışımlar hazırlanmıştır. Hazırlanan karışımların; priz süreleri, genleşmeleri, yayılma çapları, birim hacim ağırlıkları ile 2 ve 28 günlük eğilme ve basınç dayanımları belirlenmiştir. Sonuç olarak ikame oranı artışı ile priz sürelerinin uzadığı, yayılma çaplarının, birim hacim ağırlıklarının, eğilme ve basınç dayanımlarının azaldığı belirlenmiştir. Ayrıca tezek külünün portland çimentosu yerine ağırlıkça %8 oranına kadar ikame edilmesinin yapılan deneyler açısından performansı olumsuz etkilemediği belirlenmiştir.