MWCNT ile güçlendirilmiş kendini algılayan üç bileşenli restorasyon harcı, hidratlı kireç, beyaz çimento ve metakaolinden oluşan restorasyon harcına çok duvarlı karbon nanotüplerin (Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWCNTs) eklenmesiyle elektriksel iletkenlik ve piezorezistif izleme işlevi kazandırılan bir harç sistemidir. Bu çalışmada söz konusu harç, gömülü elektrotlar ve elektrik direnci ölçümü kullanan Yapısal Sağlık İzleme (Structural Health Monitoring, SHM) sistemiyle birlikte, geleneksel üç bileşenli restorasyon harcı ve dönemsel görsel inceleme yaklaşımıyla ekonomik ve çevresel açıdan karşılaştırılmıştır.

Vaka çalışması Yunanistan'ın Sakız Adası'ndaki “Korais” Halk Kütüphanesi avlusunda bulunan, 19. yüzyıla ait yaklaşık 24 m² büyüklüğündeki tarihi yığma taş duvarı kapsamaktadır. Geleneksel ve nano-güçlendirilmiş harçlar aynı duvarın benzer bozulma seviyesine sahip ayrı 4 m² saha bölümlerine fiziksel olarak uygulanmıştır. Buna karşılık ekonomik ve çevresel karşılaştırma, bütün 24 m² duvarı kapsayan 30 yıllık prospektif bir değerlendirme modeli üzerinden gerçekleştirilmiştir.

Geleneksel strateji, geleneksel harç ile beş dönemsel saha incelemesini birleştirmektedir. Nano-güçlendirilmiş strateji ise %0,15 MWCNT içeren harcı, 16 gömülü elektrottan oluşan sekiz ölçüm çifti, Arduino Nano ESP32 tabanlı elektrik direnci ölçümü, kablosuz veri aktarımı, 30 W fotovoltaik güç kaynağı ve iki planlı saha doğrulama ziyaretiyle birleştirmektedir.

Nano-güçlendirilmiş yaklaşımın ilk uygulama maliyeti €6756,74 ile geleneksel yaklaşımın €5889,86 değerinden %14,72 daha yüksektir. Otuz yıllık izleme giderleri eklendiğinde gelecekteki restorasyondan önceki toplam maliyetler sırasıyla €8017,43 ve €6205,73 olmakta; nano-güçlendirilmiş strateji bu aşamada %29,19 daha pahalıdır.

Bununla birlikte araştırmacıların mühendislik değerlendirmesiyle tanımladığı gelecekteki müdahale oranları modele uygulandığında, nano-güçlendirilmiş stratejinin hesaplanan 30 yıllık yaşam döngüsü maliyeti beklenen, iyimser ve kötümser senaryolarda geleneksel stratejiden sırasıyla %11,25, %16,63 ve %9,58 daha düşük çıkmıştır. Bu sonuç, MWCNT harcının daha dayanıklı olduğunun deneysel kanıtı değildir; nano-güçlendirilmiş senaryoda SHM bilgisinin daha hedefli gelecek müdahaleye olanak sağlayacağı varsayımının ekonomik sonucudur.

Monte Carlo belirsizlik analizinde 1.000.000 eşleştirilmiş simülasyon yapılmıştır. Nano-güçlendirilmiş stratejinin medyan 30 yıllık maliyeti €13.891,23, geleneksel stratejinin medyan maliyeti €15.784,77 bulunmuş; eşleştirilmiş maliyet farkının medyanı −€1887,55 olmuştur. Ancak farkın %95 belirsizlik aralığı −€4381,57 ile +€483,62 arasında olduğu için sıfırı geçmektedir. Dolayısıyla çalışma, nano-güçlendirilmiş strateji için koşulsuz ekonomik üstünlük göstermemektedir.

Çevresel değerlendirmede SHM donanımının tarama düzeyindeki karbon ayak izi de dahil edildiğinde, gelecekteki restorasyon müdahalesi hesaba katılmadan önce nano-güçlendirilmiş stratejinin toplam iklim değişikliği etkisi 103,87 kg CO₂ eşdeğeri, geleneksel yaklaşımın ise 98,15 kg CO₂ eşdeğeri bulunmuştur. Nano-güçlendirilmiş strateji bu baz durumda %5,83 daha yüksek iklim etkisine sahiptir. Daha düşük hesaplanan iklim etkisi ancak varsayılan gelecekteki müdahale oranları uygulandıktan sonra ortaya çıkmaktadır.

Tarihi yığma yapı restorasyonunda problem nedir?

Tarihi yığma yapıların korunması yalnız hasarlı derzlerin yeni harçla doldurulmasından ibaret değildir. Kullanılan restorasyon malzemesinin tarihi altlıkla mekanik ve higrotermal açıdan uyumlu olması, özgün malzemeyi gereksiz yere zorlamaması ve gelecekteki bakım sürecini de desteklemesi gerekir.

Çalışmanın incelenen duvarında derz bozulması, yerel çatlaklar, malzeme kaybı, biyolojik büyüme ve geçmiş müdahalelerin izleri bulunmaktadır. Duvar yerel kökenli düzensiz doğal taşlardan oluşmakta ve özgün taşlar toprak esaslı bir harçla bağlanmaktadır.

Kireç veya kireççe zengin restorasyon harçları, tarihi duvarlarda çimento açısından zengin modern harçlara göre genellikle daha uyumlu kabul edilir. Bunun nedeni yalnız mekanik dayanım değil, gözeneklilik ve nem aktarımı gibi tarihi duvarın uzun dönem davranışını etkileyen özelliklerdir.

Kendini Algılayan MWCNT Harcı Nasıl Çalışır?

MWCNT ile güçlendirilmiş harç, harç matrisi içinde elektriksel olarak iletken yollar oluşturan çok duvarlı karbon nanotüpler içerir. Mekanik şekil değiştirme, çatlak başlangıcı veya çatlak ilerlemesi bu iletken ağın elektrik direncini değiştirebildiği için, gömülü elektrotlarla yapılan direnç ölçümü malzemenin mekanik durumundaki değişimlere ilişkin bir izleme sinyali sağlayabilir.

İki restorasyon stratejisi

Harçların temel bileşimi

İki harç aynı temel bağlayıcı matrisini kullanmaktadır. Tek temel malzeme farkı Senaryo B'ye MWCNT eklenmesidir.

Bağlayıcı sistemi ağırlıkça %35 hidratlı kireç + %35 beyaz çimento + %30 metakaolin olarak hazırlanmıştır. Bağlayıcı/kum oranı ağırlıkça 1:3, su/bağlayıcı oranı ise 0,55'tir. Nano-güçlendirilmiş harçta Nanocyl NC7000™ MWCNT miktarı bağlayıcı kütlesinin %0,15'i olarak belirlenmiştir.

Sulu MWCNT katkısının içinde bulunan su toplam karışım suyu hesabına dahil edildiği için iki harcın toplam su/bağlayıcı oranı aynı tutulmuştur.

24 m² duvar için yaklaşık 200 kg harç miktarı nasıl belirlendi?

Çalışma, 24 m² duvar yüzeyinin yaklaşık %20'sinin derz yenileme veya lokal harç değişimi gerektirdiğini varsaymıştır. Bu oran 4,80 m² müdahale alanına karşılık gelmektedir.

Ortalama onarım derinliği 20 mm alınmış ve harç hacmi:

4,80 m² × 0,020 m = 0,096 m³

olarak hesaplanmıştır. Taze harç yoğunluğu 1900 kg/m³ kabul edildiğinde net harç gereksinimi:

0,096 m³ × 1900 kg/m³ = 182,4 kg

olmaktadır. Hazırlama ve uygulama kayıpları için %10 ek pay uygulanınca yaklaşık 200 kg referans harç partisi elde edilmiştir. Bu değer bütün 24 m² duvar yüzeyine normalize edildiğinde yaklaşık 8,3 kg/m²'ye karşılık gelmektedir.

Gerçek saha uygulamasının kapsamı

Her iki harç aynı tarihi duvarın ayrı 4 m² bölümlerine uygulanmıştır. Alanlar ön müdahale durum değerlendirmesine göre benzer bozulma düzeylerini temsil edecek şekilde seçilmiştir.

Bu saha uygulaması, harçların gerçek tarihi yığma yapı üzerinde uygulanabilirliğini göstermektedir. Ancak 30 yıllık ekonomik ve çevresel sonuçların 30 yıllık fiziksel saha takibinden elde edildiği anlamına gelmez. Uzun dönem sonuçlar prospektif modelleme ve senaryo varsayımlarına dayanmaktadır.

SHM sistemi nasıl kurulmuştur?

Nano-güçlendirilmiş 4 m² saha bölümündeki seçilmiş kritik derzlere yaklaşık 2,5–3 cm derinlikte 16 metal elektrot yerleştirilmiş ve bunlar sekiz bağımsız elektrot çifti oluşturmuştur. Kritik noktalar müdahale öncesi mühendislik değerlendirmesine göre seçilmiştir.

24 m²'lik prospektif bütün-duvar değerlendirmesinde aynı sekiz noktalı hedefli izleme düzeni model varsayımı olarak korunmuştur. Bu nedenle sistem bütün duvarı eşit mekânsal yoğunlukta algılayan bir sensör ağı değildir.

SHM veri ve enerji akışı

Elektrik direnci iki problu gerilim bölücü yapısıyla ve 3,3 V DC altında ölçülmüştür. Her ölçüm kanalında izlenen dirençle benzer büyüklükte sabit bir referans direnç bulunmaktadır.

Gerilim bölücü sistemi bilinen dirençlerle tezgâh üzerinde kontrol edilmiş ve sapmaların %1'in altında olduğu bildirilmiştir. Güç devresinde LM2596 DC gerilim dönüştürücüsü kullanılmıştır.

Sıcaklık ve bağıl nem, elektrik direnciyle eşzamanlı kaydedilmiştir. Ancak çalışma kapsamında saha kalibrasyonuna dayalı sayısal çevresel düzeltme fonksiyonu oluşturulmamıştır. Bu nedenle direnç sinyalleri nicel hasar indeksi olarak değil, izlenen bölgelerdeki elektriksel değişimlerin nitel göstergeleri olarak değerlendirilmiştir.

Başlangıç ölçümlerinin yaklaşık 10–15 dakika kararlı hale gelmesi beklenmiş ve her konum için kararlı değer \(R_0\) temel direnç olarak kullanılmıştır. Ölçüm günlük olarak sabah gerçekleştirilen 60 dakikalık veri toplama döneminde yapılmıştır; bu zaman aralığı fotovoltaik güç kaynağının çalışma dönemiyle ilişkilidir.

Sistem sınırı ve fonksiyonel birim

Ekonomik ve çevresel değerlendirmede fonksiyonel birim:

“24 m² büyüklüğünde tarihi yığma duvarın restore edilmesi, 30 yıl boyunca izlenmesi/değerlendirilmesi ve 30. yıl sonunda gelecekteki restorasyon gereksiniminin hesaba katılması”

olarak tanımlanmıştır.

Sistem sınırı hazırlık, ilk uygulama, 30 yıllık izleme/inceleme ve 30. yıldaki varsayılan gelecekteki restorasyon müdahalesini kapsamaktadır. 30 yıldan sonraki faaliyetler model dışında bırakılmıştır.

Gelecekteki restorasyon oranları

Bu oranlar 30 yıl sonra gerçekten ölçülmüş bozulma oranları değildir. Kaynak bunları ön müdahale durum değerlendirmesi, yayımlanmış yüzdesel hasar sınıfları ve proje inşaat mühendisinin profesyonel değerlendirmesine dayanan mühendislik-bilgili senaryo parametreleri olarak tanımlamaktadır.

Senaryo B'deki daha düşük oranlar, elektriksel izleme bilgisinin restorasyonun daha hedefli alanlara yöneltilmesine yardımcı olabileceği varsayımını temsil etmektedir. Bu oranlar MWCNT harcının fiziksel olarak daha yavaş bozulduğunu gösteren deneysel sonuçlar değildir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Aktivite Tabanlı Maliyetlendirme yaklaşımı

Ekonomik değerlendirme Activity-Based Costing (ABC) yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Hazırlık, uygulama ve izleme aşamalarındaki faaliyetler; işçilik, malzeme, sarf malzemesi, enerji, ulaşım ve ekipman kullanımıyla ilişkilendirilmiştir.

Toplam ilk uygulama maliyeti

Kaynak toplam uygulama maliyetini:

\[ TMC = EC + MC + LC \tag{1} \]

olarak tanımlamaktadır.

Burada \(TMC\) toplam uygulama maliyetini, \(EC\) enerji maliyetini, \(MC\) malzeme ve ilgili ekipman/sarf maliyetlerini, \(LC\) ise işçilik maliyetini ifade eder.

Enerji maliyeti

\[ EC=\sum_{i=1}^{n}\left(ICPR_i\cdot PCPR_i\cdot TPR_i\right)\cdot CE \tag{2} \]

\(ICPR_i\), ekipmanın kurulu gücü; \(PCPR_i\), çalışma kapasite faktörü; \(TPR_i\), çalışma süresi; \(CE\) ise elektrik birim maliyetidir. Çalışmada mekanik karıştırıcı gücü 0,55 kW ve karıştırma süresi 20 dakika olarak kullanılmıştır.

Malzeme maliyeti

\[ MC=C_{pr}+C_{appl}+C_{mon}+DC \tag{3} \]

\(C_{pr}\) hazırlık, \(C_{appl}\) uygulama, \(C_{mon}\) izleme ile ilişkili malzeme ve sarf giderlerini; \(DC\) ise ekipman amortismanını temsil eder.

Aşama bazındaki malzeme maliyeti:

\[ C_i=\sum_j\left(W_{ij}\cdot P_{ij}\right)+TC_{cons,i} \tag{3a} \]

şeklinde hesaplanmıştır. \(W_{ij}\), aşama \(i\)'de kullanılan malzeme \(j\)'nin miktarı; \(P_{ij}\), birim satın alma fiyatı; \(TC_{cons,i}\) ise ilgili aşamanın toplam sarf malzemesi maliyetidir.

Ekipman amortismanı

\[ DC= TC_{equip,pr}\left(\frac{TUH_{pr}}{TLH_{pr}}\right) + TC_{equip,appl}\left(\frac{TUH_{appl}}{TLH_{appl}}\right) \tag{3b} \]

Burada \(TC_{equip}\) ekipmanın satın alma maliyetini, \(TUH\) ilgili işte kullanılan süreyi ve \(TLH\) ekipmanın toplam hizmet ömrünü temsil eder. Amortisman yalnız hazırlık ve uygulama araçlarına uygulanmıştır; SHM'nin planlı parça değişimleri doğrudan izleme harcaması olarak değerlendirilmiştir.

İşçilik maliyeti

\[ LC=LC_{pr}+LC_{appl}+LC_{mon} \tag{4a} \]

ve ayrıntılı olarak:

\[ \begin{aligned} LC=&(ENGH_{pr}\cdot ENGHT_{pr}+STH_{pr}\cdot STHT_{pr})\\ &+(ENGH_{appl}\cdot ENGHT_{appl}+STH_{appl}\cdot STHT_{appl})\\ &+(ENGH_{mon}\cdot ENGHT_{mon}+STH_{mon}\cdot STHT_{mon}) \end{aligned} \tag{4b} \]

biçimindedir. \(ENGH\) ve \(STH\) mühendis ve nitelikli teknisyen çalışma saatlerini; \(ENGHT\) ve \(STHT\) ilgili saatlik ücretleri temsil eder.

Kaynak maliyet modelinde mühendis ücreti €10/saat, teknisyen ücreti €6/saat, elektrik fiyatı €0,20/kWh ve yakıt fiyatı €1,50/L olarak alınmıştır.

Harç ve SHM maliyet girdileri

Başlangıç SHM donanım maliyeti €274,54'tür. Arduino Nano ESP32 ile sinyal ve güç kabloları 10. ve 20. yıllarda planlı olarak değiştirilmiştir. Güncel fiyatlarla her değişim €103,53 olup %2,15 yıllık enflasyon uygulandığında 10. yılda €128,07 ve 20. yılda €158,43 olarak modellenmiştir.

Yaşam döngüsü maliyeti

İzleme ve gelecekteki restorasyon maliyetlerinin enflasyonla geleceğe taşındığı ifade:

\[ LCC= \sum_{t=1}^{n} MonitoringCost_t(1+\pi)^t + Ratio\cdot ImplementationCost\cdot(1+\pi)^{t_{impl}} \tag{5} \]

şeklindedir. \(\pi\) yıllık enflasyon oranını, \(Ratio\) gelecekte müdahale edilecek duvar oranını, \(t_{impl}\) ise gelecekteki restorasyonun gerçekleştiği yılı temsil eder.

Başlangıç uygulama maliyeti eklendiğinde toplam yaşam döngüsü maliyeti:

\[ TC= ImplementationCost_0+ \sum_{t=1}^{n} MonitoringCost_t(1+\pi)^t + Ratio\cdot ImplementationCost\cdot(1+\pi)^{t_{impl}} \tag{6} \]

olarak hesaplanmıştır.

Çalışma %2,15 yıllık enflasyon oranını Yunanistan'ın 2002–2024 ortalama yıllık enflasyonundan türetmiştir. Gelecekteki restorasyon 30. yılın sonunda modellenmiştir ve 30 yıl içinde ara restorasyon çevrimleri eklenmemiştir.

Ağırlıklı karar-destek karşılaştırması

Beklenen senaryoya %50, iyimser ve kötümser senaryolara %25'er ağırlık verilmiştir:

\[ Expected\ Savings=\sum_i w_i\cdot CostDifference_i \tag{7} \]

Bu ağırlıklar gelecekteki durumların istatistiksel olasılıkları değildir. Kaynak bunları yalnız karar desteği amacıyla, merkezi beklenen durumun etrafındaki simetrik olumlu ve olumsuz alternatifler olarak kullanmıştır.

İlk uygulama ve izleme maliyetleri

Geleneksel stratejinin izleme maliyeti 5 saha incelemesinden oluşmaktadır. Nano-güçlendirilmiş stratejide ise veri aktarımı, iki saha doğrulama ziyareti ve planlı SHM bileşen değişimleri birlikte hesaba katılmıştır. Nano stratejide yalnız veri aktarımı toplam €848,56 oluşturmaktadır.

30 yıllık senaryo maliyetleri

Ağırlıklı deterministik karşılaştırmada 30 yıllık maliyet geleneksel strateji için €15.822,18, nano-güçlendirilmiş strateji için €13.933,05 bulunmuştur. Ağırlıklı fark −€1889,14, yani nano strateji lehine %11,94'tür.

Ancak bu ağırlıklı sonuç istatistiksel olarak tahmin edilmiş bir “beklenen maliyet” değildir. Kullanılan %50/%25/%25 ağırlıkları karar desteği için araştırmacılar tarafından seçilmiştir.

Monte Carlo Analizi Nano-Güçlendirilmiş Stratejinin Kesin Olarak Daha Ucuz Olduğunu Gösteriyor mu?

Hayır. Monte Carlo sonuçlarında nano-güçlendirilmiş strateji çoğu simülasyonda daha düşük maliyet üretse de iki strateji arasındaki eşleştirilmiş maliyet farkının %95 belirsizlik aralığı sıfırı geçtiği için, çalışma bütün modellenen belirsizlik aralığında koşulsuz ekonomik üstünlük gösterememektedir.

Monte Carlo belirsizlik analizi

İyimser, beklenen ve kötümser deterministik 30 yıllık maliyetler her strateji için sırasıyla üçgen dağılımın alt sınırı, modu ve üst sınırı olarak kullanılmıştır. Python 3.11 ile 1.000.000 eşleştirilmiş simülasyon gerçekleştirilmiştir.

Her iterasyonda iki strateji için ayrı 30 yıllık maliyet örneklenmiş ve:

MWCNT + SHM maliyeti − Geleneksel maliyet

farkı hesaplanmıştır. Negatif değer nano-güçlendirilmiş stratejinin daha düşük maliyetli olduğunu ifade eder.

Simülasyonların %93,59'unda nano-güçlendirilmiş yaklaşım daha düşük 30 yıllık maliyet üretmiştir. Buna rağmen fark dağılımının üst %2,5 sınırı +€483,62'ye çıktığı için bazı model kombinasyonlarında geleneksel strateji daha düşük maliyetlidir.

Yaşam Döngüsü Değerlendirmesi nasıl yapılmıştır?

Çevresel değerlendirme LCA for Experts® 10.9.8.16 yazılımında, ISO 14040:2006 ve ISO 14044:2006 ilkeleri çerçevesinde gerçekleştirilmiştir. Etki değerlendirmesinde Avrupa Komisyonu'nun Environmental Footprint 3.2 (EF 3.2) yöntemi kullanılmıştır.

Yaşam Döngüsü Envanteri; harç formülleri, malzeme miktarları, taşıma, karıştırma, saha ziyaretleri ve gelecek müdahale oranlarına ilişkin birincil çalışma verilerini içermektedir. Malzeme üretimi, elektrik ve yol taşımacılığı gibi arka plan süreçleri LCA for Experts veri tabanlarıyla modellenmiştir.

MWCNT çevresel envanteri nasıl temsil edildi?

Kullanılan MWCNT için Sphera veri tabanında ürüne özgü bir yaşam döngüsü envanteri bulunmadığından iklim değişikliği katkısı, literatürde raporlanan endüstriyel ölçekli geleneksel katalitik kimyasal buhar biriktirme (CVD) üretim sürecini temsil eden bir proxy üzerinden hesaplanmıştır.

Diğer EF 3.2 kategorilerinde en yakın teknik temsili veri setleri kullanılmıştır. Bu durum özellikle nano-malzemeye özgü çevresel sonuçların ürün-spesifik tam envanter olmadığını gösteren önemli bir model sınırıdır.

Ulaşım varsayımı

Malzemelerin şantiyeye tedarik noktasından 60 km gidiş-dönüş karayolu taşımacılığı yaptığı varsayılmıştır. Saha ziyaretleri Euro 5 dizel minivanla, 6,0 L/100 km yakıt tüketimiyle modellenmiştir.

Her 60 km'lik ziyaret için yaklaşık 3,6 L dizel ve 12,7 kg CO₂ eşdeğeri iklim etkisi hesaplanmıştır. Böylece beş geleneksel saha ziyareti 63,30 kg CO₂ eşdeğeri, iki nano-strateji doğrulama ziyareti ise 25,30 kg CO₂ eşdeğeri oluşturmuştur.

Bu 60 km varsayımı üretim ülkelerinden veya uluslararası dağıtım merkezlerinden gelen bütün tedarik zincirini temsil etmemektedir.

SHM donanımının iklim değişikliği yükü

SHM donanımının iklim etkisi ilk kurulumda 28,73 kg CO₂ eşdeğeri, 10. ve 20. yıllardaki planlı değişimler dahil 30 yılda 41,42 kg CO₂ eşdeğeridir.

Bu donanım envanteri yalnız iklim değişikliği kategorisine nicel olarak eklenebilmiştir. Elektronik bileşenlerin ayrıntılı bileşim ve üretim verileri yetersiz olduğu için SHM donanımının asitleşme, ekotoksisite, metal/mineral kaynak kullanımı gibi diğer EF 3.2 kategorilerine katkıları hesaplanmamıştır.

SHM Donanımı Eklendiğinde Nano-Stratejinin Karbon Etkisi Başlangıçta Daha mı Düşük?

Hayır. Gelecekteki restorasyon müdahalesi modele eklenmeden önce, SHM donanımı ve MWCNT katkısı dahil edildiğinde nano-güçlendirilmiş stratejinin toplam iklim değişikliği etkisi 103,87 kg CO₂ eşdeğeri, geleneksel stratejinin ise 98,15 kg CO₂ eşdeğeridir; nano strateji baz durumda %5,83 daha yüksektir.

Baz çevresel sonuçlar

Nano-güçlendirilmiş yaklaşım mevcut envanterde birçok kategoride daha düşük değer göstermesine rağmen toplam iklim değişikliği, iyonlaştırıcı radyasyon, ozon incelmesi, partikül madde ve bazı toksisite alt kategorilerinde daha yüksek değerler bulunmuştur.

Daha da önemlisi, SHM donanımı iklim değişikliği dışındaki kategorilere tam olarak eklenemediği için bu kategoriler nano-güçlendirilmiş sistemin eksiksiz çevresel profili olarak yorumlanamaz.

İklim değişikliği yükünün yaşam döngüsü aşamaları

Bu dağılım önemli bir sonucu görünür kılmaktadır: nano strateji saha ziyaretlerini beşten ikiye düşürerek ulaşım kaynaklı yükü azaltmaktadır; ancak SHM elektronik donanımının 41,42 kg CO₂ eşdeğeri 30 yıllık yükü eklendiğinde bu avantaj baz toplamda tersine dönmektedir.

Gelecekteki müdahale eklendiğinde iklim sonuçları

Nano stratejinin iklim değişikliği etkisi ancak Senaryo B için daha küçük gelecekteki restorasyon alanları uygulandığında geleneksel stratejinin altına inmektedir. Kaynak bu sonucu MWCNT harcının “doğal olarak daha düşük karbonlu” veya “daha dayanıklı” olduğunun kanıtı olarak yorumlamamaktadır.

Partikül madde örneği neden önemli?

Çalışmanın çok-kategorili çevresel yorum gerektirdiğini gösteren önemli örneklerden biri partikül maddedir. Nano-güçlendirilmiş stratejinin partikül madde etkisi baz durumda %3,29 daha yüksek, beklenen müdahale senaryosunda %7,79 daha yüksek ve kötümser senaryoda %10,71 daha yüksektir. İyimser senaryoda ise iki yöntem hemen hemen eşittir ve nano strateji yaklaşık %0,22 daha düşük değer göstermektedir.

Dolayısıyla tek başına CO₂ eşdeğeri üzerinden “daha çevreci” sonucu çıkarmak çalışmanın bütün çevresel sonuçlarını temsil etmez.

Karbonatlaşma neden modele eklenmemiştir?

Kireç içeren harçlarda atmosferik CO₂'nin zaman içinde karbonatlaşma yoluyla bağlanması bütün yaşam döngüsü karbon dengesini etkileyebilir. Ancak karbonatlaşma hızı ve miktarı bağlayıcı bileşimi, gözenek yapısı, nem, çevre koşulları ve CO₂ erişimine bağlıdır.

Bu çalışma özel harç formülleri için uzun dönem karbonatlaşma verisine sahip olmadığı için herhangi bir CO₂ geri-alım kredisi uygulamamıştır. Bu nedenle raporlanan iklim değerleri yalnız tanımlanmış envanter süreçlerini temsil eder.

Tarihi duvarla uzun dönem uyumluluk doğrulandı mı?

Hayır. Çalışma MWCNT katkısının gözenek yapısı ve nem aktarımı üzerindeki olası etkilerinin tarihi yığma yapı açısından uzun dönemli olarak ayrıca incelenmesi gerektiğini belirtmektedir.

Su buharı geçirgenliği, kapiler su taşınımı, kuruma davranışı ve tuz taşınımı/kristalleşmesi doğrudan ölçülmemiştir. MWCNT harcıyla özgün toprak esaslı duvar harcı arasında doğrudan higroskopik veya tuz uyumluluğu karşılaştırması da yapılmamıştır.

Bu parametreler tarihi yapılarda özellikle önemlidir; çünkü uyumsuz bir tamir harcı nemi yapı içinde tutabilir veya tuz kristalleşmesi hasarını özgün tarihi malzemeye kaydırabilir.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• MWCNT katkılı üç bileşenli restorasyon harcı gerçek tarihi duvarın 4 m²'lik bir bölümünde gömülü elektrotlarla saha ölçeğinde uygulanmıştır.
• Elektrik direnci tabanlı hedefli SHM sistemi sekiz kritik noktada izleme sinyali sağlayacak biçimde kurulmuştur.
• Nano-güçlendirilmiş stratejinin ilk uygulama ve 30 yıllık izleme maliyetleri geleneksel stratejiden daha yüksektir.
• Varsayılan daha küçük gelecekteki müdahale oranları uygulandığında nano strateji üç deterministik senaryoda daha düşük hesaplanan 30 yıllık maliyet üretmektedir.
• Monte Carlo modelinde nano stratejinin daha düşük maliyet üretmesi baskın sonuçtur; ancak eşleştirilmiş maliyet farkının %95 belirsizlik aralığı sıfırı geçmektedir.
• SHM donanımı dahil edildiğinde nano stratejinin baz toplam iklim değişikliği etkisi geleneksel stratejiden %5,83 daha yüksektir.
• Daha düşük nano-strateji iklim etkisi yalnız gelecekteki daha küçük müdahale oranlarının uygulanmasından sonra ortaya çıkmaktadır.
• Çevresel sonuçlar etki kategorisine göre değişmektedir; tek bir karbon metriği tüm çevresel performansı temsil etmez.

Çalışmanın desteklemediği sonuçlar

• MWCNT harcının geleneksel harçtan 30 yıl daha dayanıklı olduğu kanıtlanmamıştır.
• SHM sisteminin fiziksel bozulmayı doğrudan azalttığı gösterilmemiştir.
• Elektrik direnci eşikleri ile gerçek hasar düzeyi arasında doğrulanmış nicel bir eşik ilişkisi kurulmamıştır.
• Direnç ölçümleri nicel hasar indeksi olarak kalibre edilmemiştir.
• Senaryo B için %25–60 arasındaki gelecekteki müdahale oranları saha gözleminden türetilmiş 30 yıllık bozulma oranları değildir.
• Nano stratejinin bütün çevresel etki kategorilerinde üstün olduğu gösterilmemiştir.
• SHM donanımının iklim değişikliği dışındaki bütün EF 3.2 kategorileri için eksiksiz yaşam döngüsü envanteri oluşturulmamıştır.
• MWCNT harcının özgün tarihi duvarla uzun dönem nem ve tuz uyumluluğu henüz kanıtlanmamıştır.
• Bu tek vaka çalışmasının maliyetleri başka ülkeler, ücret seviyeleri, uzaklıklar veya tarihi yapılar için doğrudan genellenemez.

Çalışmanın ana sınırlılıkları

Prospektif 30 yıllık yapı: Uzun dönem sonuçlar gerçek 30 yıllık saha gözlemleri değil, ekonomik ve çevresel model sonuçlarıdır.

Gelecek müdahale oranları: Senaryo A ve B için farklı oranlar mühendislik-bilgili varsayımlardır ve sonuçları güçlü biçimde etkiler.

SHM kalibrasyonu: Elektrik direncinin sıcaklık ve neme karşı nicel saha düzeltmesi veya hasar eşik kalibrasyonu yapılmamıştır.

Mekânsal kapsama farkı: Görsel inceleme bütün duvarı dönemsel olarak değerlendirirken SHM sekiz seçilmiş kritik noktadan sürekli/tekrarlı bilgi sağlar. İki yöntem aynı bilgi türünü üretmez.

Elektronik LCA verisi: SHM donanımının yalnız iklim değişikliği etkisi tarama düzeyinde modele eklenebilmiştir.

MWCNT proxy verisi: Kullanılan nano-malzemeye özgü tam LCI olmadığından üretim için temsilî CVD verisi kullanılmıştır.

Nem ve tuz uyumluluğu: Uzun dönem su buharı, kapilerite, kuruma ve tuz kristalleşmesi davranışları deneysel olarak doğrulanmamıştır.

Karbonatlaşma: Harç tarafından uzun vadeli CO₂ alımı için karbon kredisi modele eklenmemiştir.

Gelecek araştırma gereksinimi

Yazarlar, izleme sisteminin gerçek karar desteğine dönüşebilmesi için elektrik direnci yanıtı, gerçek bozulma durumu ve restorasyon gerektiren alan arasında uzun dönem saha verisine dayanan nicel ilişkilerin kurulması gerektiğini vurgulamaktadır.

Ayrıca MWCNT harcının tarihi duvarla su buharı geçirgenliği, kapiler nem taşınımı, kuruma, tuz taşınımı ve tuz kristalleşmesi bakımından uzun dönem uyumluluğunun test edilmesi; SHM altyapısının bütün EF 3.2 çevresel kategorileri için daha ayrıntılı yaşam döngüsü envanterlerinin oluşturulması gerekmektedir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün çalışma: Prospective Life-Cycle Cost and Environmental Assessment of MWCNT-Reinforced Self-Sensing Ternary Mortar for Historic Masonry Restoration: A Field Case Study

Yazarlar: Evangelos Vasileiou; Lydia-Chara Pavlopoulou; Vasileios D. Prokopiou; Ilona Lazaridou; Vasileios Zeimpekis; George Maistros; Zoi S. Metaxa; Nikolaos D. Alexopoulos.

Corresponding author: Nikolaos D. Alexopoulos.

Corresponding author e-posta: nalexop@aegean.gr

Afiliasyonlar: Research Unit of Advanced Materials, Department of Financial and Management Engineering, School of Engineering, University of the Aegean, Chios, Greece; Department of Accounting and Finance, Hellenic Mediterranean University, Heraklion, Greece; Hephaestus Laboratory, School of Chemistry, Democritus University of Thrace, Kavala, Greece.

Dergi: Sustainability.

Yayıncı: MDPI, Basel, Switzerland.

Cilt / sayı / makale numarası: Volume 18, Issue 19, Article 10216.

DOI: 10.3390/su181910216.

Gönderim: 9 Temmuz 2026.

Revizyon: 29 Eylül 2026.

Kabul: 6 Ekim 2026.

Yayın: 8 Ekim 2026.

Kaynak türü: Hakemli araştırma makalesi; gerçek tarihi duvar üzerinde saha uygulamasını, prospektif 30 yıllık yaşam döngüsü maliyet ve çevresel değerlendirme modeliyle birleştiren vaka çalışması.

Lisans: Creative Commons Attribution (CC BY).

Resmî bağlantı: https://doi.org/10.3390/su181910216

Fonksiyonel birim: 24 m² tarihi yığma duvar, 30 yıllık referans dönem.

Gerçek saha uygulaması: Geleneksel ve nano-güçlendirilmiş harç için aynı duvar üzerinde ayrı 4 m² alanlar.

Ekonomik yöntem: Activity-Based Costing ve 30 yıllık Life-Cycle Cost modeli.

Çevresel yöntem: LCA for Experts® 10.9.8.16; ISO 14040:2006 ve ISO 14044:2006 çerçevesi; Environmental Footprint 3.2.

Belirsizlik yöntemi: İyimser, beklenen ve kötümser maliyetleri üçgen dağılım sınırı/modu olarak kullanan 1.000.000 eşleştirilmiş Monte Carlo simülasyonu; Python 3.11.

Finansman: “Interregional Digital Transformation for Culture and Tourism in Aegean Archipelagos” e-Infrastructure projesi (MIS 5047046); “Regional Excellence” eylemi kapsamında Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu ve Yunan Devleti tarafından ortak finansman.

Etik kurul: Uygulanabilir değildir.

Bilgilendirilmiş onam: Uygulanabilir değildir.

Veri erişilebilirliği: Veriler makul talep üzerine corresponding author'dan edinilebilir. Projeye özgü maliyet varsayımları, restorasyon müdahale parametreleri ve LCA model girdileri içerdiği için herkese açık değildir.

Çıkar çatışması: Yazarlar çıkar çatışması bildirmemiştir.

Yazar katkıları: Kavramsallaştırma E.V., L.-C.P., V.D.P. ve N.D.A.; yöntem E.V., L.-C.P., V.D.P., V.Z. ve N.D.A.; yazılım V.D.P. ve I.L.; doğrulama E.V., L.-C.P., V.D.P., V.Z., Z.S.M. ve N.D.A.; formal analiz E.V., L.-C.P. ve V.D.P.; araştırma E.V., L.-C.P., I.L., V.Z. ve G.M.; kaynaklar N.D.A., Z.S.M. ve G.M.; veri düzenleme E.V., L.-C.P., V.D.P. ve I.L.; ilk taslak E.V., L.-C.P. ve V.D.P.; inceleme/düzenleme bütün yazarlar; görselleştirme V.D.P. ve I.L.; gözetim Z.S.M. ve N.D.A.; proje yönetimi E.V. ve N.D.A.

Temel bilimsel yorum sınırı: Hesaplanan ekonomik ve çevresel avantajlar, iki eksiksiz restorasyon stratejisinin karşılaştırılmasıdır. Malzeme formülü, izleme yöntemi, saha ziyareti sıklığı, donanım ihtiyacı ve gelecekteki müdahale oranları aynı anda değişmektedir. Bu nedenle çalışma tek başına MWCNT katkısının veya tek başına SHM sisteminin bağımsız ekonomik/çevresel etkisini izole etmemektedir.

Dayanıklılık sınırı: Çalışma MWCNT harcının daha uzun fiziksel hizmet ömrüne sahip olduğunu deneysel olarak göstermemiştir. Kendini algılama ve fiziksel dayanıklılık ayrı özelliklerdir.

SHM sınırı: Direnç sinyalleri sıcaklık/nem için saha kalibrasyonlu nicel düzeltmeye tabi tutulmamış ve nicel hasar indeksine dönüştürülmemiştir.

Çevresel sistem sınırı: SHM donanımının ayrıntılı bileşen envanteri yalnız iklim değişikliği için tarama düzeyinde eklenmiştir. Diğer EF 3.2 sonuçları bu nedenle monitoring-enabled sistemin kısmi çevresel profilleridir.