Işık geçiren betonun optik fiber oranları ve yerleşimlerine göre özelliklerini incelemeye yönelik deneysel bir çalışma

Abstract

Beton, günümüzde başta yapı sektörü olmak üzere çok çeşitli alanlarda kullanılmakla birlikte 20. yüzyılda teknolojinin daha da ilerlemesi farklı beton türlerinin ortaya çıkmasını sağlamıştır. Son yıllarda beton, tasarımlarıyla dikkat çeken birçok yapıda ve serbest formlu yapılarda tercih edilmektedir. Kullanıcıların ve tasarımcıların tekdüze betonarme yapı tasarımlarının dışına çıkmak istemeleri malzeme alanında da yeni ürünlerin ortaya çıkmasını sağlamıştır. Ülkemizde yapısal uygulamalarda sıkça tercih edilen beton da gelişen teknolojiyle birlikte farklı katkı maddelerinin geliştirilmesiyle ve içeriğine konulan farklı malzemelerle yeni özellikler kazanmıştır. Malzeme ve yapısal alandaki bu yeni gelişmeler estetik ve yaratıcılık değeri yüksek yapıların ortaya çıkmasında tasarımcılara da imkanlar sunmaktadır. Ayrıca son yıllarda estetik özelliklerin yanısıra yapılarda enerji tüketimini azaltmak amacıyla sürdürülebilir malzemelerin kullanımına da önem verilmeye başlanmıştır. Bu çalışmada da özellikle mimarların ve sanatçıların estetik anlamda farklı ve dikkat çeken bir tasarım yapmak için kullanabilecekleri ışık geçiren betonun özellikleri araştırılmıştır. Işık geçiren beton (light transmitting concrete) ya da saydam beton (translucent concrete), opak bir malzeme olan betonun içerisine optik fiber, cam, polimer reçine gibi ışık geçiren bir malzeme konularak oluşturulmaktadır. Yapılan uygulamalarda daha çok polimer içerikli optik fiberler ve polimer şeffaf malzemeler kullanılmaktadır. Işık geçirgenliğine imkan vermesi sebebiyle yapılarda karanlık alanlarda ya da cephe paneli olarak kullanılması durumunda enerji tüketimini azaltacağı düşünülmektedir. Işık geçiren panellere LED yerleştirilerek farklı renklerde ışığı geçirmesi de sağlanabilmektedir. İstenilen renk ve formda üretilebilmesi bu anlamda tasarımcıya da çeşitlilik sunmaktadır. Bununla birlikte, ışık geçiren betonun inşaat sektöründe uygulanması işçilik maliyeti ve üretim sürecinin karmaşıklığı gibi nedenlerden dolayı küçük ve az sayıda üretimlerle sınırlı kalmıştır. Tez çalışması için yapılan literatür araştırması ışık geçiren betonun özellikleri, içerdiği malzemelerin özellikleri, üretici firmalar ve ürünleri, uygulama örneklerini içermektedir. Işık geçiren betonun farklı optik fiber oran ve yerleşimlerine göre mekanik özellikleri, ışık geçirgenlik özellikleri ve durabilite özelliklerini incelemeye yönelik bir deneysel çalışma yapılmıştır. Deneysel çalışmada plastik optik fiberler ve PMMA şeffaf üniteler betona yerleştirilerek ışık geçiren beton üretimi yapılmıştır. Optik fiberli gruplar için farklı oranlarda ve farklı yerleşimlerde plastik optik fiber konulmasının malzemenin mekanik özelliklerinde bir değişime sebep olup olmayacağı konusu araştırılmıştır. Ayrıca optik fiberli bir grupta hızlandırılmış yaşlandırma koşullarının numunelerin dayanımına etkisi belirlenmiştir. Fibrobeton Yapı Elemanlar A.Ş. firmasından temin edilen PMMA şeffaf ünitelerin kullanıldığı numune grubuna da hızlandırılmış yaşlandırma koşulları uygulanmış ve numune özelliklerindeki değişimler belirlenmiştir. Deneysel çalışmanın ilk aşamasında optik fiberlerle farklı desenler ortaya çıkarabilmek için bir üretim yöntemi belirlenmiştir. Çizgisel düzende ve demet halinde optik fiber gruplarının kullanılmasıyla farklı desen tipleri oluşturulmuştur. Bunlardan çizgisel düzene sahip olan numune grubu AR1 ve demet düzenine sahip olan numune grubu AR2 ismini almıştır. Yapılan üretimlerde 0,5 mm çapındaki optik fiberler karşılıklı olarak elek telinden geçirilerek belirlenen desenler oluşturulmuştur. Optik fiberlerin beton dökümü sırasında gerilmesiyle istenilen desenler elde edilebilmiştir. Beton, kalıba dökülüp sertleştikten sonra kesilerek belirlenilen numune boyutlarına getirilmiştir. Numune üretimleri gerçekleştikten sonra planlanan deneyler uygulanmıştır. 0,5 mm optik fiber içeren gruplardan iki farklı optik fiber yerleşimine sahip 3 farklı optik fiber oranında toplamda 6 alt grup oluşturulmuştur. Kullanılan optik fiber hacimsel oranları %1, %1,6 ve %2,4'tür. Yapılan çalışmalarda optik fiberli iki grup (AR1 ve AR2) için 28 günlük basınç ve eğilme dayanımı, ışık geçirgenliği gibi özellikler karşılaştırılmıştır. Çizgisel düzende optik fiberlerin yerleştiği AR1 grubu numunelerinde hızlandırılmış yaşlandırma etkileri sonrası dayanım testleri yapılmıştır. Testler yapıldıktan sonra numunelerin özellikleri karşılaştırılmıştır. 2 mm çapında şeffaf tüplerden oluşan PMMA ünite konulan numune grubu PX olarak adlandırılmıştır. PX grubu numunelerinin, 7 ve 28 günlük basınç ve eğilme dayanımı, ışık geçirgenliği belirlenmiştir. Ayrıca numunelere donma-çözülme ve ıslanma-kuruma çevrimleri ve yüksek sıcaklık uygulanmıştır. Hızlandırılmış yaşlandırma etkileri sonrasında numune dayanımları belirlenip 28 günlük dayanımları ile karşılaştırması yapılmıştır.