LEE- Yapı Bilimleri Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19489

Gözat

Yazar "Arslan, Koray Mehmet" ile LEE- Yapı Bilimleri Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Farklı tip ve oranda kullanılan liflerin betonda rötreye etkisinin incelenmesi
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07-09) Arslan, Koray Mehmet ; Karagüler, Mustafa Erkan ; 502172646 ; Yapı Bilimleri
    Beton, günümüzde Dünya'da en çok tercih edilen yapı malzemesidir. Bileşenleri birçok bölgede doğadan kolaylıkla temin edilebilir. Konulduğu kalıbın şeklini alabilmesi betonun çoğu yapı malzemesine karşın üstün özelliğidir. Bu kadar yoğun kullanılmasına rağmen beton yapının servis ömrünü ve taşıyabileceği servis yüklerini doğrudan etkileyebilecek çatlaklar oluşabilmektedir. Yarı gevrek bir malzeme olan betonda çatlaklar çeşitli nedenle oluşabilir. Betonun çekme dayanımı zayıftır, şekil değiştirme kapasitesi sınırlıdır. Dolayısıyla enerji sönümlendirme yeteneği zayıf ve çatlaklara karşı dayanıksızdır. Tez çalışması kapsamında betonun ve harcın rötre kaynaklı çatlakları ve çatlak önleme yöntemlerinden lif katkıları araştırılmıştır. Kompozit bir yapı malzemesi olan betonda lif kullanımı ile ilgili çalışmalar çoğunlukla mekanik özellikler, özellikle de eğilme dayanımının gelişimi üzerinedir. Lif kullanımının çimento esaslı kompozitlerde rötreyi ne derece etkilediği üzerine yapılan çalışmalar sınırlıdır. Var olan çalışmalar ise tek tip lif kullanımı veya tek tip rötre tipi üzerine yoğunlaşmıştır. Çimento esaslı kompozitlerde çatlak gelişimi 3 mertebede oluşmaktadır. Çatlak başlangıcı nano boyutta gerçekleşmekte sonrasında gelişerek mikro boyuta ilerlemekte ve nihayetinde de makro ölçekte gözle görülür yapısal hasar durumuna gelmektedir. Bu çatlak gelişimleri plastik rötre veya kuruma rötresi nedeniyle olabilmektedir. Bu tez çalışmasının odak noktası, plastik rötre ve kısıtlanmış rötre kaynaklı çatlakların önlenmesi, azaltılması veya geciktirilmesinin liflerle ne derece mümkün olduğunu deneysel olarak ortaya koymaktır. Lif katkılarıyla birlikte betonun temel parametrelerinin de ne ölçüde değiştiği ayrıca belirlemektir. Bu kapsamda, hangi deney yöntemlerinin kullanılabileceği, hangi çalışmalara eklemeler yapılabileceği literatür taramaları ve ön deneylerle belirlenmeye çalışılmıştır. Ön çalışmalarda, plastik rötre etkilerinin kısıtlanmış rötreyle birlikte etki ettirilebilecek deney düzeneği, liflerin maksimum ve minumum ne oranda karıştırılabileceği, dolayısıyla lif katkı limitleri belirlenmeye çalışılmıştır. Üç ölçekte meydana gelen çatlaklara karşı üç ölçekte lif kullanımı tasarlanmıştır. Bunlardan nano mertebede çatlaklar için çok katmanlı karbon nano tüp (MWCNT) katkısı yalın çimento harcını lifli kompozit haline getirmiştir. Nano lif katkılı deneyler için iri agregalı beton numuneler yerine ince agrega kullanılan harç bazında numuneler üretilmiştir. Nano ölçekte yapılan lifli katkı müdahelesi direkt çimento hamurunu etkileyecek dolayısıyla bütün kompozitin karakterini değiştirebilecektir. Günümüzde nano teknoloji hızla gelişmekle birlikte halen yapı sektörü ve yapı malzemeleri açısından görece pahalıdır. Küçük hacimli numunelerde daha az katkı malzemesiyle çalışmak bu boyutta lif katkısını daha gerçekçi kılmaktadır. Birkaç gram ağırlığındaki nano lifleri incelediğimizde birbirlerine dolanmış, topaklanmış yüzbinlerce lifi görebiliriz. Bir süredir yapılan çalışmalarda araştırmacılar nano liflerin çimento esaslı kompozitlere nasıl karıştırılabileceği üzerine değerlendirmeler yapmışlardır. En yaygın kabul gören yöntem ultrasonik homojenizatörlerle yapılan karıştırma işlemidir. Bu yönteme göre küçük bir kapta su ile karışmış olan nano liflerin içine ultrasonik ses dalgaları yayabilen ismine prop denilen bir uç daldırılır. Çok hızlı titreşen ve çok seri ultrasonik dalgalar liflere etkitilerek liflerin birbirlerinden mekanik olarak ayrıştırılması sağlanır. Çökelen lifler çok fazla beklenmeden harç karışımına eklendiğinde genellikle topaklanma sorunu ortadan kalkmaktadır. Bu yöntemin bazı sakıncaları ve eksiklikleri vardır, bunlar; hacimsel olarak maksimum 1 litre gibi çok küçük üretimlere imkân vermesi ve ayrıştırma işleminin yoğun mekaniksel işlemle yapılması, dolayısıyla liflerde kopma, çözülme gibi sorunlara yol açabilme ihtimalidir. Karbon nano liflerin yüksek çekme dayanımı ve elastisite modülü gibi çok üstün mekanik özelliklere sahip oldukları bilinmektedir. Tez çalışmasında kullanılan nano lifler çok düşük oranlarda seçilmiştir ve bu lifler ya standart bir harç karıştırıcı ile ya da basit bir sıcaklık ayarlı titreştirici kullanılarak harç içerisinde dağılım sağlanmıştır. Ön deneylerle bulunan sonuçlara göre seçilen oranlar çimento ağırlığının %0,025'i, %0,0375'i ve %0,050'si şeklindedir. Taramalı elektron mikroskobu ile yapılan inceleme görüntülerine göre tez çalışmasında yapılan nano katkılı üretimlerde topaklanma sorunu gözlenmemiştir. Harç numunelerde ayrıca beton numunelerde de kullanılan mikro polipropilen lif katkılarının etkileri de araştırılmıştır. Mikro PP lifler harç numunelerde çimento ağırlığının %0,25'i, %0,50'si ve %1,0'i oranlarında seçilmiştir. Kısıtlanmış rötre deneyleri için genellikle takip edilen yöntem ASTM C1581 standardıdır. Söz konusu standarda göre ortada çelikten bir halka vardır ve etrafına taze haldeyken yerleştirilen beton, su kaybı nedeniyle hacimsel olarak büzülmeye çalışacak ancak deney düzeneğinin ortasında bulunan rijit çelik nedeniyle büzülmesi kısıtlanacak ve nihayetinde iç gerilmeleri çekme dayanımı aşınca çatlayacaktır. Tez çalışmasında kullanılan harç numunelerinin agrega dane boyutları ASTM C1581 standardında tarif edilenin yaklaşık 1/4'ü mertebesindedir. Dolayısıyla harç numunelerde yapılacak kısıtlanmış rötre deneyleri için söz konusu standartta tarif edilen ölçülerin 1/4'ü ölçeğinde bir çelik kalıp imal edilmiştir. Ebatlardaki ölçeklendirme hariç geri kalan tüm prosedür standardın tarif ettiği şekilde uygulanmıştır. ASTM C1581 standardı direkt kuruma rötresi kaynaklı kısıtlanmış rötre çatlaklarını araştırmaya imkân veren bir standarttır. Söz konusu standarda göre üretilen numunelerin kalınlığı 35 mm'dir ve betonun üzeri buharlaşmayı engelleme maksatlı parafinle kaplanmaktadır. Pratik kullanıma baktığımızda kuruma rötresi ve plastik rötre birlikte etki etmektedir. Beton taze haldeyken de rötre etkilerine maruz kalmaktadır. Tez çalışmasında kuruma rötresi kaynaklı kısıtlanmış rötre çatlakları yanında plastik rötre etkilerini de inceleyebileceğimiz ASTM C1581 yönteminin modifiye edilmiş hali olan yeni bir deney düzeneği de tertip edilmiştir. Modifiye yönteme göre üretilen betonlar 135 mm gibi daha geniş bir alana yayılmakta ancak yükseklikleri daha az olmaktadır. Bu geniş alana rüzgâr etki ettirilmekte ve yüzeydeki buharlaşma hızlandırılmaktadır. Hem standart yöntem hem de modifiye yöntem için birbirine eş numuneler aynı anda üretilmiştir. Yani aynı harman karışımın bir kısmı standart yöntem için ayrılmış kalan kısmı ise modifiye deney yöntemi ve mekanik özellik deneyleri için kullanılmıştır. Beton numuneler için hiç lif katkısı içermeyen referans numunelerin yanında metreküpteki ağırlığına göre mikro PP lifler %0,25, %0,375, %0,50, %0,75, %1,0, %1,5, %2,0, %2,5 oranında, makro PP lifler %0,50, %0,75, %1,0, %1,5, %2,0, %3,0, %4,0 ve mikro ve makro PP liflerin birlikte hibrit şekilde kullanıldığı hibrit lifler %0,5 mic + %0,5 mac, %1,0 mic + %1,0 mac, %0,75 mic + %1,5 mac, %2,0 mic + %2,0 mac, %1,5 mic + %3,0 mac şeklindedir. Kısıtlanmış rötre deneylerinin yanında tüm karışımlara ait serbest rötre ölçümleri de yapılmıştır. Herhangi bir kısıtlama olmayan serbest rötre numuneleri ölçüleri 40 x 40 x 160 mm ölçülerinde uçlarında metal pimler takılmış prizmatik geometrilidir. Mekanik özellikleri belirlemek amacıyla beton numunelerde ultrases geçiş hızı, elastisite modülü ve basınç dayanımı deneyleri için 100 mm çaplı 200 mm yükseklikli silindir, eğilme dayanımı ve kırılma enerjisi deneyleri için 70 x 70 x 280 mm ebatlı prizmatik numuneler hazırlanmıştır. Harç bazında mekanik özellik deneyleri için ise UPV, elastisite modülü ve basınç dayanımı için 50 mm çaplı 100 mm yükseklikli silindir numuneler, eğilme dayanımı ve kırılma enerjisi deneyleri için ise 40 x 40 x160 mm ebatlı prizmatik numuneler hazırlanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, mikro ve makro olarak her iki ölçekte de etkinlik yeteneği sayesinde hibrit kullanılan liflerin hem mekanik özellikler hem de rötre çatlaklarını önleme konusunda anlamlı üstünlüğü vardır. Lif kullanımı çimento esaslı kompozitlerde birçok anlamda iyileştirme sağlasa da özellikle yoğun PP kullanımı işlenebilirliği önemli ölçüde azaltmakta, basınç dayanımı ve elastisite modülü değerlerinde ise bir miktar azalmaya sebebiyet vermektedir.