Investigation of the effect of fibers obtained from waste cigarette butts on the mechanical and physical properties of mortars

Öz

Six trillion cigarette butts are produced in the world every year. Cigarette butts are thrown into sea, ocean and soil as waste and mix with nature, posing a great threat to living things. Cigarette butts are waste that cannot be recycled and remain in nature for years, causing forest fires, being thrown into culverts and filling rainwater grids, causing clogging of channels, and being thrown into rivers and oceans, causing pollution of our water resources. The oldest known fiber reinforcement is straw-reinforced clay used in the plaster of adobe walls. Many studies have been carried out on fibrous concrete in the last quarter of 20th century and significant progress has been made in this regard. Within the scope of the study, the effect of cigarette butt fibers obtained from waste cigarette butts on the physical and mechanical properties of cementitious mortars was investigated. Fibers obtained from waste cigarette butts and short-cut hookless steel fibers were added to the mortar mixtures at the rates of 0.5%, 1%, 1.5%, 2% and 2.5% by volume. Spreading test in fresh and determination of unit weight, flexure strength and compressive strength in hardened were carried out on the produced mortars. It was determined that the reference sample had spreading value of 20 cm, unit weight value of 1.85 g/cm3, flexure strength value of 2.70 MPa and compressive strength value of 18.85 MPa. According to the results of the study, targets of 5% increase in compressive strength and 10% increase in bending strength without reducing workability were achieved in the mixture containing 0.5% waste cigarette butt fiber by volume.

Anahtar Kelimeler

• Cigarette Butt
• Cement Mortar
• Fiber
• Mechanical Properties
• Physical Characteristics

Atık sigara izmaritinden elde edilen liflerin harçların mekanik ve fiziksel özelliklerine etkisinin incelenmesi

Öz

Dünyada her yıl 6 trilyon sigara izmariti üretilmektedir. Sigara izmariti deniz, okyanus ve toprağa atık olarak atılıp, doğaya karışarak canlı yaşamı için büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Sigara izmariti geri dönüşümü olmayan ve yıllarca doğada kalıp orman yangınlarına sebep olan, menfezlere atılıp yağmur suyu ızgaralarını doldurarak kanalların tıkanmasına yol açan ve nehirlere, okyanuslara atılarak su kaynaklarımızın kirlenmesine yol açan bir atıktır. Bilinen en eski lif takviyesi kerpiç duvarların sıvasında kullanılan saman takviyeli kildir. 20. Yüzyılın son çeyreğinde lifli betonlar üzerinde birçok çalışma yapılmıştır ve bu konuda önemli mesafeler kaydedilmiştir. Çalışma kapsamında atık sigara izmaritlerinden elde edilen sigara izmariti liflerinin çimentolu harçların fiziksel ve mekanik özeliklerine etkisi araştırılmıştır. Atık sigara izmaritlerinden elde edilen lifler ve kısa kesilmiş kancasız çelik lifler, harç karışımlarına hacimsel olarak %0,5, %1, %1,5, %2 ve %2,5 oranlarında katılmıştır. Üretilen harçlar üzerinde taze halde yayılma deneyi ve sertleşmiş halde birim ağırlık, eğilme dayanımı ve basınç dayanımı tayini deneyleri uygulanmıştır. Referans numunenin yayılma değeri 20 cm, birim ağırlık değeri 1,85 g/cm3, eğilme dayanımı değeri 2,70 MPa ve basınç dayanımı değeri 18,85 MPa olduğu belirlenmiştir. Çalışma sonucuna göre, işlenebilirliği azaltmadan basınç dayanımında %5 ve eğilme dayanımında %10 artış hedeflerine hacimce %0,5 oranında atık sigara izmariti lifi içeren karışımda ulaşılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Sigara İzmariti
• Çimentolu Harç
• Lif
• Mekanik Özelikler
• Fiziksel Özelikler

Destekleyen Kurum

Tübitak

Teşekkür

Bu çalışma TÜBİTAK 2209/A – Üniversite Öğrencileri Araştırma Projeleri Destek Programı tarafından desteklenmiştir.

Kaynakça

1. N. Banthia ve J.F. Trottier, “Concrete reinforced with deformed steel fibers, part I: bond-slip mechanisms” Materials Journal, vol. 91, no. 5, pp. 435-446, 1994.
2. F. Köksal, “Çelik Tel Donatılı Betonların Mekanik Davranışı ve Optimum Tasarımı” Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, Türkiye, 2004.
3. Y. Gündüz, “Çelik Tel Donatılı Betonlarda Kırılma Parametrelerinin Yapay Sinir Ağları İle Modellenmesi” Yüksek Lisans Tezi, Bozok Üniversitesi, Yozgat, Türkiye, 2016.
4. D. Zhong ve K. Wu, “Fracture Properties of High-Strength Concrete” Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 13, no. 1, pp. 86 – 88, 2001.
5. F. Köksal ve ark. “Effect of Steel Fiber Tensile Strength on Mechanical Properties of Steel Fiber Reinforced Concretes” Special Publication, vol. 289, pp. 1-15, 2012.
6. D.Y. Yoo ve ark. “Material and Bond Properties of Ultra High-Performance Fiber Reinforced Concrete with Micro Steel Fibers” Composites: Part B 58, pp. 122-133, 2014. P. Zhang ve ark. “A Review on Fracture Properties of Steel Fiber Reinforced Concrete” Journal of Building Engineering, vol. 67, pp. 1-23, 2023.
7. E. Rousan ve ark. “Fresh, Mechanical, and Durability Properties of Basalt Fiber-Reinforced Concrete (BFRC): A Review” Developments in the Built Environment, vol. 14, pp. 1-17, 2023.
8. S. Yan ve ark. “An Experimental and Numerical Study on The Hybrid Effect of Basalt Fiber and Polypropylene Fiber on The İmpact Toughness of Fiber Reinforced Concrete” Construction and Building Materials, vol. 411, pp. 1-10, 2024.

9. S.P.M. Perez ve ark. “Glass Fiber Reinforced Concrete: Overview of Mechanical and Microstructural Analysis” Innovative Infrastructure Solutions, vol. 9, no. 116, pp. 1-14, 2024.
10. C. Zhao ve ark. “Research on Different Types of Fiber Reinforced Concrete in Recent Years: An Overview” Construction and Building Materials, vol. 365, pp. 1-27, 2023.
11. D. Hamzaçebi, “Atık Çelik Liflerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisi”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Türkiye, 2015.
12. B.S. Tulaian, ve ark., “Recycled Plastic Waste Fibers For Reinforcing Portland Cement Mortar” Construction and Building Materials, vol. 127, pp. 102-110. 2016.
13. S.B. Park ve B.C. Lee, “Studies on Expansion Properties in Mortar Containing Waste Glass and Fibers” Cement and Concrete Research, vol. 34, 1145-1152, 2004.
14. S. Spadea ve ark., “Recycled Nylon Fibers as Cement Mortar Reinforcement” Construction and Building Materials, vol. 80, pp. 200-209, 2015.
15. T.E. Novotny ve ark., “Cigarettes Butts and the Case for an Environmental Policy on Hazardous Cigarette Waste” International Journal of Environmental Research and Public Health, vol. 6, 1691-1705, 2009.
16. L. Tao, ve ark., “Experimental Study on Uniaxial Compressive Strength of Concrete In Corporated with Cigarette Butts”, Xijing University, Xi’an, China, 2018.
17. J. Rosete, “Recycling Cigarettes in Concrete”, Master Thesis, California Polytechnic State University, USA, 2020.
18. M. Rahman, ve ark. “Possible Recycling of Cigarette Butts as Fiber Modifier in Bitumen for Asphalt Concrete”, Master Thesis, School of Engineering, RMIT University, Melbourne, Australia, 2020.
19. A. Mohajerani ve ark. “Recycling of Cigarette Butts in Fired Clay Bricks: A New Laboratory İnvestigation”, Materials, vol. 13, no. 3, pp. 790, 2020.
20. T. Khojasteh ve H. R. Ahmadi, “Production of Green Fibred Concrete; a New Solution to Reduce Environmental Pollution Caused by Cigarette Butts”, Research Square, vol. 1, pp. 1-18, 2024.
21. O. A. Z. Al-Bayati ve ark. “Reducing Energy Consumption By Using Cigarette Butts As Waste Material In Concrete Building Materials”, U.P.B. Sci. Bull., vol. 83, no. 4, pp. 277-290, 2021.
22. TS EN 1097-6, Agregaların Mekanik ve Fiziksel Özellikleri İçin Deneyler - Bölüm 6: Tane Yoğunluğunun ve Su Emme Oranının Tayini, 2022.
23. Topçu, İ. B., 2006, “Beton Teknolojisi”, Uğur Ofset A.Ş., Eskişehir.
24. J, Tannous ve ark. “Study of The Effects of İncorporating Depolluted Cellulose Acetate in Mortars, With and Without Superplasticizer, in view of Recycling Cigarette Butt Waste”, Construction and Building Materials, vol. 346, 2022.
25. TS 1015-2, Kâgir harcı - Deney metotları - Bölüm 2:İmalatta kullanılan harç yığınlarından numune alma ve deney için hazırlama, 2000.
26. TS EN 1015-3, Kagir harcı- Deney metotları- Bölüm 3: Taze harç kıvamının tayini (yayılma tablası ile), 2000.
27. TS EN 1015-10, Kâgir harcı-Deney metotları- Bölüm 10: Sertleşmiş harcın boşluklu kuru birim hacim kütlesinin tayini, 2001.
28. TS EN 1015-11, Kagir harcı - Deney yöntemleri - Bölüm 11: Sertleşmiş harcın eğilmede çekme ve basınç dayanımının tayini, 2020.