Utilization of Waste Materials as Alternative Raw Materials in Cement-Based Ceramic Adhesives: A Literature Review

Öz

In this study, a review of cement-based ceramic adhesive systems is presented in order to support product and process development studies focused on the utilization of waste materials, particularly in powder form, in ceramic adhesive production. The review examines studies in which waste materials and waste ceramics generated during ceramic manufacturing processes are ground and utilized either as partial binder replacements or as mineral additives. Additive ratios, mix design approaches, and performance criteria are comparatively evaluated. Research published particularly after 2020 demonstrates that waste-based additives have significant effects on the workability, mechanical strength, adhesion performance, and environmental sustainability properties of ceramic adhesives. Findings reported in the literature indicate that, through appropriate pre-treatment methods and formulation strategies, waste materials can exhibit technical properties comparable to those of commercial ceramic adhesive systems. In addition, determining optimum additive ratios is considered critical for maintaining performance continuity. When the findings reported in the literature are evaluated collectively, it is understood that the use of waste materials as alternative raw materials in cement-based ceramic adhesives constitutes an important research field for the development of sustainable, environmentally friendly, and high-performance building materials. 

Anahtar Kelimeler

• Waste Ceramics
• Ceramic Adhesive
• Cement-Based Ceramic Adhesive
• Circular Economy
• Sustainable Building Materials

Destekleyen Kurum

Yüksel Seramik Industry and Trade Inc. R&D Center, Aydın Adnan Menderes University

Etik Beyan

The authors of this article declare that the materials and methods used in their study did not require ethical committee approval and/or any legal or special permission.

Teşekkür

This study was prepared within the framework of R&D activities carried out by the R&D Center of Yüksel Seramik Industry and Trade Inc. under the Law No. 5746 on the Support of Research, Development and Design Activities. The academic framework of the study and the scientific contributions to the literature review process were made possible through collaborations with Aydın Adnan Menderes University. We would like to thank the relevant institutions for their technical and scientific contributions to this literature review on the utilization of ceramic waste in accordance with circular economy principles.

Atık Malzemelerin Çimento Esaslı Seramik Yapıştırıcılarda Alternatif Hammadde Olarak Kullanımı: Bir Literatür İncelemesi

Öz

Bu çalışmada, atık malzemelerin özellikle toz formda seramik yapıştırıcı üretiminde kullanılmasına yönelik yürütülen ürün ve süreç geliştirme çalışmalarını desteklemek amacıyla, çimento esaslı seramik yapıştırıcı sistemlerine ilişkin bir inceleme sunulmaktadır. İncelemede, özellikle atık malzemelerin ve seramik üretim süreçlerinde ortaya çıkan atık seramiklerin öğütülerek bağlayıcı ikamesi veya mineral katkı olarak değerlendirildiği çalışmalar ele alınmış; katkı oranları, karışım tasarım yaklaşımları ve performans kriterleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Özellikle 2020 sonrası yayımlanan araştırmalar, atık malzeme esaslı katkıların seramik yapıştırıcıların işlenebilirlik, mekanik dayanım, yapışma performansı ve çevresel sürdürülebilirlik özellikleri üzerinde belirleyici etkiler oluşturduğunu ortaya koymaktadır. Literatürde rapor edilen bulgular, uygun ön işlem yöntemleri ve reçete tasarımları ile atık malzemelerin, ticari seramik yapıştırıcı sistemlerine benzer teknik özellikler gösterebileceğini belirtmektedir. Ayrıca, optimum katkı oranlarının belirlenmesinin performans sürekliliği açısından kritik olduğu görülmektedir. Literatürde yer alan bulgular birlikte değerlendirildiğinde, atık malzemelerin çimento esaslı seramik yapıştırıcılarda alternatif hammadde olarak kullanılmasının sürdürülebilir, çevre dostu ve yüksek performanslı yapı malzemelerinin geliştirilmesi açısından önemli bir araştırma alanı oluşturduğu anlaşılmaktadır. 

Anahtar Kelimeler

• Atık Seramik
• Seramik Yapıştırıcı
• Çimento Esaslı Seramik Yapıştırıcı
• Döngüsel Ekonomi
• Sürdürülebilir Yapı Malzemeleri

Destekleyen Kurum

Yüksel Seramik San. ve Tic. A.Ş. Ar-Ge Merkezi, Aydın Adnan Menderes Üniversitesi

Etik Beyan

Bu makalenin yazarları çalışmalarında kullandıkları materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal-özel bir izin gerektirmediğini beyan ederler.

Teşekkür

Bu çalışma, 5746 sayılı Araştırma, Geliştirme ve Tasarım Faaliyetlerinin Desteklenmesi Hakkında Kanun kapsamında Yüksel Seramik San. ve Tic. A.Ş. Ar-Ge Merkezi tarafından yürütülen Ar-Ge faaliyetleri çerçevesinde hazırlanmıştır. Çalışmanın akademik çerçevesinin oluşturulması ve literatür değerlendirme sürecine sağlanan bilimsel katkılar kapsamında Aydın Adnan Menderes Üniversitesi ile yürütülen Üniversite–Sanayi iş birliği akademik faaliyetlerinden yararlanılmıştır. Seramik atıklarının döngüsel ekonomi ilkeleri doğrultusunda değerlendirilmesine yönelik bu literatür çalışmasına sağladıkları teknik ve bilimsel katkılardan dolayı ilgili kurumlara teşekkür ederiz.

Kaynakça

1. [1] Kalınçimen, G., Öztürk, A. U., Kaplan, G. ve Yıldızel, S. A., Seramik Atıklarının Çimento İkame Malzemesi Olarak Kullanılması ve Asit Dayanıklılığının İncelenmesi. Kastamonu Üniversitesi Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi 1(1), 9–16, 2016.
2. [2] Kürklü, G., Görhan, G. ve Boğa, A. R., Atık Mermer Tozlarının Seramik Yapıştırma Harcı Olarak Değerlendirilmesi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18, 295–305, 2018.
3. [3] Kalınçimen, G., Artık Seramik Tozu Kullanımının Çimento Harcı Özelliklerine Etkisi. T.C. Celal Bayar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Manisa, 2015.
4. [4] Tanyıldızı, M., Capillarity of Concrete Incorporating Waste Ceramic Powder. MSU Fen Bilimleri Dergisi, 10, 925–930, 2022.
5. [5] Ahumada, R., Ospina-Mateus, H. ve Salas-Navarro, K., Use of The Rice and Corn Husk Ashes as an İnnovative Pozzolanic Material in Ceramic Tile Adhesive Production. in Procedia Computer Science, 198, 572–577, 2021.
6. [6] Kareem, H. ve Zoalfokkar Kareem, M. A., Enhancing the Mechanical Properties and Sustainability of Polymer-Modified Cementitious Tile Adhesives Using Recycled Materials. Instrumentation Mesure Metrologie 23, 451–461, 2024.
7. [7] Hardy, H., Modification of Ceramic Tile Adhesives With Redispersible Polymer Powders. in QUALICER 98, 191–200, 1998.
8. [8] Bulzico, B., Resende, M. M. ve Herrera-Mesén, C., Application of surface modifiers in ceramic tile to improve adhesion strength with mortars. Journal of Urban Technology and Sustainability 2, 4–10, 2019.

9. [9] Bin Mobarak, M., Hossain, M. S., Mahmud, M. ve Ahmed, S., Redispersible polymer powder modified cementitious tile adhesive as an alternative to ordinary cement-sand grout. Heliyon, 7, 1–9, doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e08411, 2021.
10. [10] Fu, S. ve Lee, J., Recycling of ceramic tile waste into construction materials. Developments in the Built Environment, 18, 100431, 2024.
11. [11] Daniyal, M. ve Ahmad, S., Application of Waste Ceramic Tile Aggregates in Concrete. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 4(12), 12808-12815, 2007.
12. [12] Agrawal, A., Singh, A. ve Imam, A., Utilization of Ceramic Waste as a Sustainable Building Material. in National Conference on Structural Engineering NCRASE India, 2020.
13. [13] Bommisetty, J., Keertan, T. S., Ravitheja, A. ve Mahendra, K., Effect of waste ceramic tiles as a partial replacement of aggregates in concrete. Mater. Today Proc. 19, 875–877, 2019.
14. [14] Binici, H., Effect of crushed ceramic and basaltic pumice as fine aggregates on concrete mortars properties. Constr. Build. Mater. 21, 1191–1197, 2007.
15. [15] Daniel, R. J. ve Sangeetha, S. P., Experimental study on concrete using waste ceramic as partial replacement of aggregate. Mater. Today Proc. 45, 6603–6608, 2021.
16. [16] Saran, A. G., Öğütülmüş Granüle Yüksek Fırın Cürufunun Betonun Durabilite Özelliklerine Etkisi. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 2007.
17. [17] Kunduracı, N., Seramik Atık İlaveli Hafifletilmiş Köpük Betonlar. Uluslararası Muhendislik Arastirma ve Gelistirme Dergisi, 15(2), 648–653, 2023.
18. [18] Tanash, A. O., Muthusamy, K., Budiea, A. M. A., Fauzi, M. A., Jokhio, G. ve Jose, R., A review on the utilization of ceramic tile waste as cement and aggregates replacement in cement based composite and a bibliometric assessment. Cleaner Engineering and Technology, 17, 1-27, https://doi.org/10.1016/j.clet.2023.100699, 2023.
19. [19] Alsaif, A., Utilization of ceramic waste as partially cement substitute – A review. Constr. Build. Mater. 300, 124009, 2021.
20. [20] El-Dieb, A. S. ve Kanaan, D. M., Ceramic waste powder an alternative cement replacement – Characterization and evaluation. Sustainable Materials and Technologies 17, e00063, 2018.
21. [21] Ebrahimi, M., Eslami, A., Hajirasouliha, I., Ramezanpour, M. ve Pilakoutas, K. Effect of ceramic waste powder as a binder replacement on the properties of cement- and lime-based mortars. Constr. Build. Mater. 379, 131146, 2023.
22. [22] Özuyar, D., Sözüdoğru, B., Tosun, M., Ünal, G. ve Özkal, B., Seramik Karo Atıklarının Kalsit Yerine Yapı Kimyasallarında Kullanımı. Journal of Material Characterization and Applications 2, 125–135, 2024.
23. [23] Shah, K. W. ve Huseien, G. F., Bond strength performance of ceramic, fly ash and GBFS ternary wastes combined alkali-activated mortars exposed to aggressive environments. Constr. Build. Mater. 251, 119088, 2020.
24. [24] İsrail, L. İ., Köseoğlu, K. ve Cengizler, H., Seramik Fabrikası Masse Sır Atık Çamurunun Çöktürme Yöntemiyle Arıtımı. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 2(4), 315–321, 2014.
25. [25] Korat, A., Amin, M. ve Tahwia, A. M., A comprehensive assessment of ceramic wastes in ultra-high-performance concrete. Innovative Infrastructure Solutions 10, 1–22, 2025.
26. [26] Bignozzi, M. C. ve Saccani, A., Ceramic waste as aggregate and supplementary cementing material: A combined action to contrast alkali silica reaction (ASR). Cem. Concr. Compos. 34, 1141–1148, 2012.
27. [27] Aly, S. T., El-Dieb, A. S. ve Taha, M. R., Ceramic Waste Powder for Eco-Friendly Self-Compacting Concrete (SCC). Adv. Civ. Eng. Mater. 7, 426–446, 2018.
28. [28] Javed, S., Conte, S., Molinari, C., Rosa, R., Ferrari, A. M., Dondi, M. ve Zanelli, C.. Strategies and pathways to improve circularity in ceramic tile production. Journal of Cleaner Production, 517, 1-18, https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2025.145788, 2025.
29. [29] Yücel, H. E., Yıldızhan, F. ve Günal, M. Katı atık seramiğinin tasarlanmış çimento esaslı kompozitlerde çimento olarak kullanılması, III. International Korkut Ata Scientific Research Conference, 98–107, 2024.
30. [30] Michalak, J., Sustainability Assessment of Cementitious Ceramic Tile Adhesives, Buildings 13, 1–17, 2023.
31. [31] Michalak, J., Ceramic tile adhesives from the producer’s perspective: A literature review, Ceramics, 4, 378–390, https://doi.org/10.3390/ceramics4030027, 2021.
32. [32] Bwambale, Y., Yiga, V. A. ve Lubwama, M., Utilization of agricultural residues in ceramic tiles: A review, Open Ceramics, 22, 1–10, https://doi.org/10.1016/j.oceram.2025.100783, 2025.
33. [33] Ahmadi, S. ve Eisaei, M., Composition, Properties, and Standards for Cementitious Ceramic Tile Adhesive: A Review, Advanced Ceramics Progress, 9, 15–27, 2023.
34. [34] Qadir, W. M. S., Rafiq Al Zahawi, S. K. ve Mohammed, A. S., Comprehensive review of tile adhesives: Slip, bond strength, chemical composition, and microstructural insights, Case Studies in Construction Materials, 22, 1–17, 2025.
35. [35] Bala Balaji, Y., Sai Kumar Goud, E. ve Yesuratnam, G., Study of concrete behavior by partial replacement of cement with Ceramic Waste Powder in the presence of Sisal fiber. Mater. Today Proc., 122, 179–186, 2026.
36. [36] Al-Fakih, A., Odeh, A., Mahamood, M. A. A., Al-Shugaa, M. A., Al-Osta, M. A. ve Ahmad, S., Review of the Properties of Sustainable Cementitious Systems Incorporating Ceramic Waste., Buildings, 13, 1–24, https://doi.org/10.3390/buildings13082105, 2023.
37. [37] de Matos, P. R., Sakata, R. D., Onghero, L., Uliano, V. G., de Brito, J., Campos, C. E. M. ve Gleize, P. J. P., Utilization of ceramic tile demolition waste as supplementary cementitious material: An early-age investigation, Journal of Building Engineering, 38, 102187, 2021.
38. [38] Huseien, G. F., Joudah, Z. H., Baghban, M. H., Khalid, N. H. A., Faridmehr, I., Dong, K., Li, Y. ve Gu, X., Sustainability of Recycling Waste Ceramic Tiles in the Green Concrete Industry: A Comprehensive Review, Buildings, 15, 1–51, 2025.
39. [39] Mir, N., Khan, S. A., Kul, A., Sahin, O., Lachemi, M., Sahmaran, M. ve Koç, M., Life cycle assessment of binary recycled ceramic tile and recycled brick waste-based geopolymers, Cleaner Materials, 5, 100116, 2022.
40. [40] Chang, Q., Liu, L., Farooqi, M. U., Thomas, B. ve Özkılıç, Y. O., Data-driven based estimation of waste-derived ceramic concrete from experimental results with its environmental assessment, Journal of Materials Research and Technology, 24, 6348–6368, 2023.