Nano biochar production and its effects on mechanical properties of mortar

Abstract

Son zamanlarda, inşaat uygulamalarında tamamlayıcı malzeme olarak biyokömür kullanımı, harcın mekanik özelliklerini geliştirme kabiliyeti nedeniyle artmıştır. Araştırmanın amacı, arıtma çamurundan (hem endüstriyel hem de kentsel) ve lignoselülozik biyokütleden (kayısı çekirdeği kabukları) üretilen nano biyokömür ilavesinin harcın işlenebilirliğini ve mekanik özelliklerini nasıl etkilediğini araştırmaktır. 500°C'de yavaş piroliz ile elde edilen biyokömür, 500 nm'den daha küçük boyutlara öğütülmüş ve farklı hacim yüzdelerinde harç karışımına eklenmiştir. Karışımlar, 20 °C'de 28 gün boyunca kürlenmiş ve mekanik testler gerçekleştirilmiştir. Sonuçlara göre, yüzde 0,06 kanalizasyon çamuru nano biyokömürü ve yüzde 0,12 kayısı çekirdeği nano biyokömürü ilavesi, referans harca kıyasla eğilme mukavemetinde sırasıyla yüzde 23 ve 27'lik bir artış ve kırılma enerjilerinde yüzde 100 ve 44'lük bir artışa neden olmuştur. Ayrıca, yüzde 0,12 oranında arıtma çamuru nano biyokömürü ve yüzde 0,04 oranında kayısı çekirdeği nano biyokömürü ilavesi basınç dayanımını sırasıyla yüzde 17 ve 19, basınç kırılma enerjilerini ise yüzde 28 ve 45 oranında artırmıştır. Karışık biyokömür ilavesi ile mekanik özelliklerdeki artış tek başına biyokömüre göre daha az olmuştur. Sonuç olarak, deneysel sonuçlar kanalizasyon arıtma çamuru ve kayısı çekirdeği kabuğu nano biyokömürlerinin harcın mekanik özelliklerini artırma potansiyeline sahip olduğunu göstermiştir. Ayrıca, çimentolu kompozitlerde biyokömür kullanımı atıkların geri dönüştürülmesini sağlarken karbonu tutarak küresel ısınmanın azaltılmasına da katkıda bulunmaktadır.

Recently, using biochar as supplementary material in construction applications has increased due to its ability to enhance the mortar's the mechanical characteristics. The objective of the research was to explore how the addition of nano biochar produced from sewage sludge (both industrial and municipal) and lignocellulosic biomass (apricot kernel shells) affects the workability and mechanical properties of mortar. Biochar, obtained by slow pyrolysis at 500 °C, was ground to sizes smaller than 500 nm and added to the mortar mixture in different volume percentages. The mixtures were cured for 28 days at 20 °C and mechanical tests were carried out.According to results, the inclusion of 0.06 percent municipal sewage sludge nano biochar and 0.12 percent apricot kernel nano biochar resulted in 23 and 27 percent increase in flexural strength and 100 and 44 percent increase in fracture energies, respectively, compared to the reference mortar. Furthermore, the addition of 0.12 percent sewage sludge nano biochar and 0.04 percent apricot kernel nano biochar increased compressive strength by 17 and 19 percent, and compressive fracture energies by 28 and 45 percent, respectively. With mixed biochar addition, the increase in mechanical properties was less than with biochar alone. Consequently, the experimental results indicated that municipal sewage sludge and apricot kernel shell nano biochars have the potential to improve the mechanical properties of the mortar. In addition, using biochar in cementitious composites also enables recycling waste while contributing to mitigating global warming by sequestering carbon.