LEE- Yapı Mühendisliği Lisansüstü Programı
Bu topluluk için Kalıcı Uri
Gözat
Yazar "Atahan, Hakan Nuri" ile LEE- Yapı Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeNano silika ve mikro silika katkılı harçlarda durabilite ve mekanik özellikler(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-20) Başaran, Merve ; Atahan, Hakan Nuri ; 501181024 ; Yapı MühendisliğiBeton; çimento, agrega, katkı maddeleri ve karışım suyunu içeren karmaşık yapıya sahip olan bir yapı malzemesidir. Aynı zamanda en yaygın olarak kullanılan insan yapımı yapı malzemelerinden biridir ve her yıl yaklaşık 20 milyar metrik ton üretilmektedir. Beton yapımı için üretilen çimento, küresel karbondioksit emisyonunun büyük bir kısmına neden olmakta ve çevre kirliliği açısından büyük endişe yaratmaktadır. Bu etkiyi azaltmak için son zamanlarda birçok araştırmacı çimento kullanımını azaltmak ve betonun servis ömrünü artırmak için çalışmalar yapmaktadır. Betonun servis ömrünün en önemli göstergelerinin durabilite ve mekanik performans olduğu söylenebilir. Beton, çeşitli boyutlarda ve farklı miktarlarda boşluklar içeren bir yapı malzemesi olduğundan, çeşitli çevresel faktörler betonun özelliklerini etkiler ve değiştirir. Sıvı ve/veya gazın betona sızması bu boşluklar sebebiyle gerçekleşir. Bu olaya betonun geçirgenliği denir. Boşluklara penetrasyon, difüzyon, basınç altında emme veya kılcal emme ile gerçekleşir ve beton içindeki boşlukların miktarına, dağılımına ve boyutuna bağlıdır. En yaygın durum kılcal emmedir, bu nedenle kılcal boşluklar betonun durabilitesi ve mekanik performansında önemli bir role sahiptir. Betondaki boşluklardan içeri giren sıvılar veya gazlar zamanla betonda fiziksel veya kimyasal reaksiyonlara neden olur, sonrasında ise betonda çatlaklar oluşturur ve onun yapısını bozar. Bu kimyasal saldırılardan biri de sülfat saldırısıdır. Bu reaksiyonlar sonucunda oluşan ürünler birleşerek sertleşmiş betonun genleşmesine neden olur. Bu genişleme nedeniyle derin çatlaklar oluşur. Bu, betonun dayanım ve durabilitesinin azalmasına neden olur. Sonuç olarak da betonun servis ömrünü azaltır. Betonun durabilitesini ve mekanik özelliklerini arttırmanın en temel yolu betondaki boşlukları azaltmaktır. Betondaki boşluklar azaltıldığında daha yoğun bir yapı elde edilir, böylece gaz ve sıvı girişleri daha zor hale gelir. Bu sayede daha dayanıklı bir beton elde edilir. Bu konuda bugüne kadar birçok çalışma yapılmış ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte mikro ve nano boyutta birçok farklı mineral katkı maddesi denenmiştir. Betonda kullanılan mikro ve nano malzemelerin, özellikle arayüz bölgesinde, filler etkisi nedeniyle genel olarak betonun özelliklerini iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Ancak en iyi etki, silika içeriğinden dolayı nano-silika (NS) ve mikro-silika (MS) minerallerinde gözlenmiştir. Filler etkisinin yanı sıra silika içeren mineral malzemeler betonda puzolanik etkiye de neden olmaktadır. Nemli bir ortamda betondaki CH kristalleri ile silis arasındaki reaksiyonla C-S-H yapısının oluşması puzolanik reaksiyon olarak adlandırılır. Bu sayede daha yoğun bir arayüz ve daha güçlü bir yapı elde edilir. Nano malzemeler üzerine yapılan çalışmalar incelendiğinde genel olarak beton yerine harç numuneleri üzerinde yapıldığı görülmektedir. Bazı araştırmalarda harçlarda NS ve MS birlikte kullanılır ve bu sinerjik bir etki yaratır. Yapılan bu çalışma kapsamında sinerjik etkinin değerlendirilmesi amacıyla harç numuneleri üretilmiş ve mikro ve nano silika tek tek veya birlikte kullanılmıştır. Üretilen numuneler üzerinde mekanik (basınç ve eğilme) ve durabilite (sülfat direnci, su emme ve ağırlıkça su emme) deneyleri yapılarak bu malzemelerin ve bunların kombinasyonlarının karışımların mekanik ve durabilite özelliklerine etkisinin görülmesi amaçlanmıştır. Üretilen numuneler bir yılı aşkın bir süredir sülfat içeren çözelti içersinde tutulmaktadır ve belirli periyotlarda boy ölçümleri alınmaktadır ve MS ve NS kullanımının dış sülfat etkisinden dolayı kaynaklanabilecek deformasyonları ne ölçüde sınırlayabileceği araştırılmıştır. Sonuçlara göre mikro silika ilavesi basınç ve eğilme dayanımlarını %25'e kadar arttırmıştır. Öte yandan nano silikanın bu parametreler üzerinde önemli bir etkisi gözlenmemiştir. Ayrıca kapiler su absorpsiyon ve sülfat dayanım testleri sonuçları değerlendirildiğinde, mikro ve nano silikanın ayrı ayrı ilave edildiği karışımlarda sorptivitenin azaldığı gözlemlenmiştir. Ayrıca, mikro ve nano-silika kombinasyonu çok daha önemli (sorptivite için %50'ye kadar) bir azalma ile sonuçlanmıştır.
-
ÖgeNano silikanın yüksek oranda uçucu kül içeren betonların taze hal, priz süresi ve mekanik ozellikleri üzerine etkisinin araştırılması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-20) Baran, Ahmet ; Atahan, Hakan Nuri ; 501181002 ; Yapı MühendisliğiBeton; çimento, agrega, su ve katkı malzemelerinden oluşmaktadır. Beton ve harç yapımında bağlayıcı malzeme olarak kullanılan çimentonun üretim ve nakliye aşamalarında çevreye yüksek miktarda karbondioksit (CO2) salınmaktadır. Bu nedenle, çimento üretimi, çevreye sürdürülebilirlik anlamında büyük zarar vermektedir. Son yıllarda daha sürdürülebilir bir çevre için bilim insanları, çimentoya alternatif malzemeler geliştirmeye çalışmaktadır. Bu malzemeler, bazı durumlarda çimentonun yerini tamamen alamasa da çimentonun belirli bir miktarı ile ikame edilerek (puzolanik malzemeler) kullanılmaktadır. Bu puzolanik malzemelerden birisi olan uçucu kül, hem atık bir malzeme olması hem de çimento hidratasyonu sonucu oluşan serbest kireci nemli ortamda bağlayarak çimento esaslı malzemeye ileri yaşlarda mukavemet kazandırması ve malzeme dürabilitesine katkı sağlaması nedenleri ile kritik bir öneme sahiptir. Ayrıca araştırmalar, uçucu külün, betonun işlenilebilirlik özelliklerini arttırdığı ve hidratasyon sıcaklığını düşürdüğünü de göstermektedir. Uçucu kül ile çimentonun ikamesi sürdürülebilirliğe ciddi bir katkı yapsa da bu malzemenin bazı dezavantajları da vardır. Örneğin, uçucu kül içeren betonların erken yaş dayanımları genel olarak düşüktür. Bunun sebebi uçucu külün bağlayıcılık özelliği kazanması için ortamda hidratasyon ürünlerinden olan CH kristallerinin bulunması gerekliliğidir. Çimentonun hidratasyonu başlamadan uçucu külün bağlayıcılık özelliği kazanamaması, priz süresinde de gecikmeye yol açmaktadır. Betonu daha sürdürülebilir yapmanın başka bir yolu da beton kalitesini arttırarak servis ömrünü uzatmaktır. Bu anlamda, yüksek özgül yüzey alanı ve yüksek reaktiflerinden dolayı nanomalzemeler, son yıllarda birçok çimento esaslı kompozitlerde kullanılmaktadır. Bu nanomalzemelerden, beton üzerinde en çok araştırma yapılan malzemelerden biri de nano silikadır. Nano silika, amorf silikanın ayrı parçacıklarının su içindeki kararlı dağılımları olarak tanımlanabilir. Nano silikanın, ana bileşeni olan amorf silika (>%99), CSH jelleri oluşturmak için Ca(OH)2 ile reaksiyona girer (puzolanik etki). Oluşan CSH, hem matrisin hem de arayüzey geçiş bölgesinin mikro yapısını iyileştirmektedir. Ek olarak, nano silika, sahip olduğu yüksek özgül alanına bağlı olarak bir çekirdeklenme etkisi yaratarak hidratasyon sürecini hızlandırmakta ve buna bağlı olarak priz süresini azaltmaktadır. Ayrıca, betonun erken yaş dayanımını arttırdığı da bilinmektedir. Nano silikanın görece dezavantajları ise hidratasyon sıcaklığını arttırması ve işlenebilirlik özelliklerini azaltmasıdır. Son yıllarda, nano silika ile puzolanik malzemelerin (uçucu kül, yüksek fırın cürufu, silis dumanı) sinerjitik etkisi araştırmacılar tarafından sıklıkla çalışılmaktadır. Uçucu kül kullanmanın dezavantajları olan erken yaş dayanımının düşük olması ve geciken priz süresinin, nano silika ile telafi edilip edilemeyeceği ile alakalı bir literatür boşluğu bulunmaktadır. Araştırmalarda kullanılan betonlarda, aynı akışkanlaştırıcı miktarları kullanılmış ve bu durumun da yerleşme özellikleri üzerinde olumsuz bir etki yaratabileceği düşünülmüştür. Bu bağlamda, bu tez kapsamında sunulan çalışmada, aynı kıvamlarda (Naftalin esaslı akışkanlaştırıcı kullanılmıştır; Slump: 20±1 cm) 4 farklı uçucu kül oranında (çimentonun hacimce %0, %20, %35 ve %50 ikame edilmiş) ve 3 farklı nano silika dozajındaki (bağlayıcının hacimce %0, %1,7 ve %3,4 ü oranlarında) toplam 12 farklı karışım üzerinde reoloji (Plastik viskozite, statik ve dinamik akma gerilemesi), priz süresi, hidratasyon sıcaklık ölçümü, ve 3 farklı yaşta (7, 28 ve 90 gün) basınç dayanımı ve elastisite modülü testleri yapılmıştır. Sunulan bu çalışmanın önemli bir amacı, çimentonun, normal ve yüksek oranlarda uçucu kül ile yer değiştirilmesi sonucu oluşacak dayanım kayıplarının veya gecikmelerinin nano silika kullanımı ile ne derece tolere edilebileceğinin araştırılmasıdır. Ayrıca, nano silikanın ve/veya uçucu külün dayanım ve elastisite modülü gelişimi üzerine etkileri de araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre; uçucu kül ikame oranı arttıkça aynı kıvamı elde edebilmek için kullanılması gereken katkı miktarı azalırken, nano silika dozajı arttıkça, aynı kıvamı elde edebilmek için gerekli katkı miktarı artmıştır. Uçucu külün ikame oranı arttıkça işlenilebilirlik özelliklerinin geliştiği ve tersine, nano silika dozajı arttıkça işlenebilirlik özelliklerinin zayıfladığı gözlemlenmiştir. Kullanılan katkı miktarlarının, reolojik özelliklere ve hidrataston sıcaklığı üzerine ciddi olarak etki ettiği sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca, uçucu külün priz süresini geciktirdiği ve nano silikanın priz süresini azalttığı sonucuna varılmıştır. Kullanılan nano silika, uçucu kül kullanımı ile oluşan priz süresindeki gecikmeyi bir nebze tolere etse de gecikmenin tamamını karşılayamamıştır. Mekanik deneylere ait sonuçlar irdelendiğinde, uçucu kül ikamesi arttıkça 7 ve 28. günlerde basınç dayanımının azaldığı fakat aradaki dayanım farkının 90 günde azaldığı sonucuna ulaşılmıştır. Nano silika, öte yandan, 7 günlük basınç dayanımı sonuçları üzerinde bir artış etkisi gösterse de bu etki 28 ve 90 günlerde azalmaktadır. Uçucu külün erken yaşlarda oluşturduğu olumsuz etkinin, nano-silika ilavesi ile kısmen dengelendiği görülmüştür. Ancak ilerleyen yaşlarda nano silikanın etkisi azalmıştır. Elastisite modülü deney sonuçlarına göre, genel olarak, artan basınç dayanımı ile elastisite modüllerinin arttığı söylenebilir. 28-90 günlük elastisite sonuçları, uçucu külün ve/veya nano silikanın elastisite modülü üzerinde ciddi bir etkisi olmadığını göstermektedir. Bunun yanında, 7 günlük elastisite deneyi sonuçlarına göre artan uçucu kül ikamesi ile elastisite modülü azalmıştır (%20 uçucu kül içeren karışım hariç).
-
ÖgeNano-silika kullanılarak üretilen betonların mekanik, elastik ve inelastik özelliklerinin incelenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-07-28) Türkmenoğlu, Hasan Nuri ; Atahan, Hakan Nuri ; 501142009 ; Yapı MühendisliğiBeton üretiminde nano silika (NS) kullanımı hakkında yapılan çalışmalar çoğunlukla betonun taze hal özellikleri, temel mekanik özellikleri (basınç ve çekme dayanımları) veya durabilitesi ile ilgili iken, betonun elastik ve elastik olmayan özelliklerinin değişimi ile ilgili yapılan çalışma sayısı çok sınırlıdır. Bu durum göz önünde bulundurularak tez çalışmasının odak noktası, NS kullanımının betonun mekanik, elastik ve elastik olmayan özelliklerine etkisinin detaylı ve sistematik bir şekilde araştırılması olarak belirlenmiştir. Bu bağlamda, kullanılacak deney yöntemlerine ve deneysel parametrelere karar verebilmek için öncelikle bir ön çalışma yapılmıştır. Bu ön çalışmada tek tip mikro silika (MS), tek tip NS ve 2 tip (çakıl ve kum taşı) iri agreganın kullanıldığı sabit su/bağlayıcı (s/b) oranına sahip betonlar üretilmiştir. Ön çalışmadan elde edilen bilgiler ışığında, öncelikle orta ve yüksek dayanımlı olacak şekilde iki farklı su/bağlayıcı oranına (0,55 ve 0,35) sahip, 3 tip iri agrega, 2 farklı boyuta sahip NS ve tek boyutta MS'nin kullanıldığı beton tasarımları yapılmıştır. Farklı dayanıma sahip beton gruplarının her biri kendi içerisinde sabit hamur ve agrega hacmine sahiptir. Böylelikle, betona eklenen mineral katkı, sabit hacme sahip olan çimento hamurunun özelliklerini değiştirmiştir. Diğer yandan, farklı şekil, yüzey ve dayanım özelliklerine sahip olan iri agregaların kullanımında da agrega özelliklerinin etkisi yine sabit olan agrega hacmi dâhilinde gerçekleşmiştir. Böylece hamur fazında veya agrega fazında yapılan değişiklikler daha sağlıklı bir şekilde değerlendirilmiştir. Çalışma kapsamında MS ağırlıkça %8 oranında çimento ile ikame edilerek kullanılmıştır. Ortalama 17 nm ortalama tane boyutuna sahip olan NS17, %0,8, %1,6 ve %2,1 oranlarında, ortalama 35 nm tane boyutuna sahip olan NS35 ise %1,5, %3,0 ve %4,0 oranlarında kullanılmıştır. Bu kullanım oranları belirlenirken hedef her bir adımda kullanılan nano silikalara ait toplam özgül yüzey alanının eşit olmasını sağlamaktır. Örneğin %1,6 oranındaki NS17 ile %3,0 oranındaki NS35'in toplam özgül yüzey alanları eşittir. Ayrıca %8 MS, %0,8 NS17 ve %1,5 oranındaki NS35 yine eşit özgül yüzey alanına sahiptir. Bunlara ek olarak her bir referans karışımı ve mineral katkılı karışımlar üretilirken dere çakılı, kalker veya bazalt olmak üzere 3 farklı iri agrega kullanılmıştır. Böylece çimento hamuru özelliklerinin aynı fakat agrega özelliklerinin farklı olduğu karışımlar elde edilmiştir. Bu karışımlarda kullanılan iri agreganın toplam agrega hacmi içerisindeki oranı %60'tır. Farklı agregaların kullanılmasının temel sebebi ise NS kullanımının çimento hamuru-agrega ara yüzeyi bölgesindeki iyileştirici etkisinin daha iyi bir şekilde belirlenebilmesini sağlamaktır. Çalışmanın buraya kadar bahsedilen kısmında NS ve MS hep ayrı ayrı kullanılmıştır. Farklı boyuta sahip olan NS ve MS'nin birlikte kullanılmasıyla oluşturacakları sinerjik etkiyi de gözlemleyebilmek için ayrı bir çalışma daha gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada da daha önceki tasarımlara paralel şekilde aynı su/bağlayıcı oranlarına sahip tek tip MS ve tek tip NS'nin farklı oranlarda kullanıldığı kombinasyonları içeren betonlar üretilmiş ve aynı deney yöntemleri uygulanarak beton özelliklerine etkileri irdelenmiştir. Çalışma kapsamında üretilen betonlar üzerinde öncelikle taze halde kıvam ve birim ağırlık deneyleri yapılmıştır. Sertleşmiş beton numuneleri üzerinde yapılan deneylerde ise yük ve deplasman kontrollü olmak üzere iki farklı basma cihazı kullanılmıştır. Yük kontrollü basma cihazından basınç dayanımı ve yarmada çekme dayanımı değerleri elde edilirken, deplasman kontrollü basma cihazı kullanılarak ASTM C469 standardında belirtilen yönteme uygun çerçeve sistemi yardımıyla; elastisite modülü, Poisson oranı, süreksizlik gerilmesi, çözülme gerilmesi, tepe yüke kadar absorbe edilen rölatif enerji miktarı gibi değerlerin yanı sıra betonun tepe yük sonrası düşen kol davranışını da içerecek şekilde gerilme-deformasyon eğrileri elde edilmiştir. Taze hal kıvam deneylerinden elde edilen sonuçlar göstermektedir ki, referans karışımla benzer kıvamda beton üretilebilmesi için kullanılan kimyasal katkı miktarı kullanılan mineral katkı oranına ve katkı tipine bağlı olarak ciddi artışlar göstermiştir. Referans karışımlara MS veya NS eklenmesiyle birlikte basınç dayanımı ve elastisite modülü değerlerinin belirgin bir şekilde arttığı gözlemlenmiştir. Yarmada çekme dayanımı sonuçları irdelendiğinde ise basınç dayanımında meydana gelen artış oranlarının yarmada çekme dayanımında meydana gelmediği, hatta yüksek oranda NS kullanılan karışımlardan elde edilen yarmada çekme değerlerinin referans karışıma göre daha düşük seviyelerde olduğu görülmüştür. Yarmada çekme dayanımın basınç dayanımına oranına bakıldığında ise mineral katkı kullanımıyla bu oranın ciddi bir şekilde azaldığı gözlemlenmiştir. Bu durum betonun gevrekleştiğini göstermektedir. Süreksizlik gerilmesi değerleri de NS kullanımı ile birlikte belirgin artış göstermiştir. Bu sonuçlar betonların lineer elastik bölgelerinin uzayarak daha yüksek gerilme değerlerine kadar devam ettiğini göstermektedir. Ayrıca süreksizlik gerilmesindeki bu artışlar agrega-çimento hamuru ara yüzeyi özelliklerindeki iyileşmenin de bir göstergesidir. Çözülme gerilmelerinde ise belirgin bir artış eğilimi gözlemlenmemiştir. Diğer yandan NS kullanımıyla birlikte tepe yüke kadar absorbe edilen rölatif enerji değerlerinde gözlemlenen azalma açık bir şekilde betonun tepe yük öncesi davranışının lineer-elastik gevrek davranışa doğru yaklaştığını göstermektedir. Tepe yük sonrası düşen kol eğrisinin ise NS kullanımı ile birlikte dikleştiği, yani betonun davranışının daha gevrek hale geldiği belirlenmiştir. Agrega tipinin NS'nin etkinliği ile ilişkisi irdelenecek olursa, NS kullanımı özellikle çakıl agregalı karışımlarda hem basınç dayanımı hem de elastisite modülü değerlerini diğer agrega tiplerine göre daha etkin bir şekilde iyileştirmiştir. Kırma taş agregalı karışımlarda ise basınç dayanımı değerleri genellikle birbirine yakın olmasına rağmen kalker agregalı karışımlardan elde edilen elastisite modülü değerleri, bazalt agregalı karışımlardan elde edilen elastisite modülü değerlerinden daha yüksektir. Son olarak NS ve MS'nin birlikte kullanımının oluşturacağı sinerjik etkinin araştırıldığı çalışmada, basınç dayanımında referans karışıma göre en yüksek artış 28 günde %37'lik yüzdeyle MS ve NS'nin birlikte kullanıldığı karışımdan (MS(%4)+NS35(%2,25)) elde edilmiştir. Bununla birlikte süreksizlik ve çözülme gerilmesi değerlerinde de basınç dayanımı sonuçlarına benzer bir şekilde artış eğilimi olduğu görülmüştür. Ancak betonların elastisite modülü değerlerine bakıldığında önemli bir değişiklik olmadığı gözlemlenmiştir. Yarmada çekme dayanımı sonuçları ise NS ve MS'nin birlikte kullanımının betonu daha ileri seviyede gevrekleştirdiğini göstermiştir. Tüm bunlara ek olarak taramalı elektron mikroskobu ve mikro indentasyon cihazı yardımıyla iç yapı incelemeleri gerçekleştirilmiş ve çalışmada elde edilen deneysel bulgular iç yapı incelemeleri ile desteklenmiştir.