Polimer esaslı beton kaplamalarının aderans ve mekanik özelliklerinin deneysel ve analitik olarak incelenmesi
Experimental and analytical investigation on the bonding and mechanical properties of polymer concrete overlays
Yazar: IBRAHIM ABDULLAH ALI AL-AMERI
Danışman: DOÇ. DR. MERAL OLTULU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Atıklar = Wastes ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Polimer kaplama = Polymer coating ; Silikon dioksit = Silicon dioxide ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; İç yapı = Domestic structure

Özet:
Amaç: Bu çalışmada mermer tozu, silis dumanı ve nano silikon dioksit (n-SiO2) içeren polimer kompozitlerin mekanik özellikleri, beton ile aderans dayanımı deneysel ve analitik olarak incelenmiştir.
Yöntem: Bu çalışma başlıca dört aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşama; literatür araştırmasına dayanarak atık ve nano malzemeler içeren polimer kompozitlerin mekanik özelliklerinin tespitini, ikinci aşama; SEM/EDS ve FTIR testleri yapılarak polimer kompozitlerin mikro yapısının incelenmesini, üçüncü aşama; polimer kompozitlerin eğimli kesme ve yarmada çekme deneyleri yapılarak beton ile arasında oluşturduğu aderans dayanımının ölçümlerini, dördüncü aşama; ABAQUS yazılımı kullanılarak, sonlu elemanlar modeli ile basınç, eğilmede çekme, yorulma ve aderans deneylerinin sonuçlarını içermektedir. Mekanik özeliklerinin tespitinde mermer tozu polyester reçinenin ağırlıkça %20, 25, 30 ve 40'ı oranlarında, silis dumanı ağırlıkça %2,5, 5, 7,5 ve 10'u oranlarında ve n-SiO2 ağırlıkça %0,5, 1, 1,5 ve 2'si oranlarında kullanılarak toplam 21 grup polimer kompozit üretilmiştir. Aderans özelliğinin belirlenmesinde ise mekanik özelliklerin tespit edildiği optimum orana göre belirlenen toplam 6 grup kompozit numune üretilmiştir.
Bulgular: Polimer kompozitlere, farklı tane boyutlarındaki silika esaslı malzemelerin ilave edilmesinin, kompozitlerin mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirdiği gözlenmiştir. Kullanılan malzemeler ile üretilen PM30, PS5, PN1, PM30N1 ve PS5PN1 grupları, yapılan deneylerde en iyi mekanik performansı göstermiştir. Polimer ve beton arasındaki aderansı belirlemek için bu gruplara eğimli kesme ve yarmada çekme deneyleri uygulanmıştır. Deney sonuçlarından hareketle Mohr-Coulomb daireleri yapışma kuvveti ve içsel sürtünme açılarının bulunmasında kullanılmıştır. Yalnızca polimer içeren gruba kıyasla, aderans dayanımında PM30, PS5, PM30N1, PS5N1 ve PN1 gruplarında sırasıyla %40, 77, 256, 116 ve 128 oranında artış gözlenmiştir. Yapılan deneylerin sonlu elemanlar yöntemi ile ABAQUS yazılımı ile modellemesi yapılmıştır. ABAQUS'te elde edilen sayısal eğriler ile deneysel veriler iyi bir şekilde uyumlu çıkmıştır.
Sonuç: Tekli veya ikili mermer tozu, silis dumanı ve n-SiO2 içeren polimer kompozit gruplarından, kontrol grubuna göre PM30, PS5, PN1, PM30N1 ve PS5PN1 grupları en iyi mekanik performans göstermiş olup bu grupların beton ile arasında oluşturduğu aderans dayanımı da kontrole göre daha iyi değerler almıştır.

Abstract:
Purpose: In this study, the mechanical properties and adherence strength of polymer composites containing marble powder, silica fume and nano-silica (n-SiO2) were investigated experimentally and analytically.
Method: This study consists of four main stages. The first stage includes the measurements of the mechanical properties of polymer composites containing waste and nanomaterials based on the literature. The second stage includes examining the microstructure of polymer composites by performing SEM/EDS and FTIR tests. The third stage includes measurements of the bond strength between polymer composites and concrete by performing slant shear and splitting tensile tests. The fourth stage includes the validation of compressive, fatigue, flexural and bond test results with the finite element model using ABAQUS software. In determining the mechanical properties, a total of 21 groups of polymer composites were produced by replacing polyester resin with 20, 25, 30 and 40% by weight of marble powder, 2,5, 5, 7,5 and 10% by weight of silica fume, and 0,5, 1, 1,5 and 2% by weight of nano-silica. In determining the bond strength, a total of 6 groups were produced by using the optimum ratio determined in the mechanical properties of marble dust, silica fume and nano-silica powders.
Findings: The results of the experiments showed that the addition of different sizes of silica-based materials to polymer composites significantly improved the strength and other mechanical properties. Among the materials used, the PM30, PS5, PN1, PM30N1, and PS5PN1 groups showed the best mechanical performance. In order to measure the bond strength between polymer and concrete, slant shear and splitting tensile tests were used. Based on the experimental results, Mohr-Coulomb circles were used to find the adhesion and internal friction angles. In comparison to the neat polymer sample, the bond strength was improved by 40, 77, 256, 116, and 128% for PM30, PS5, PM30N1, PS5N1, and PN1, respectively. Compression and bond tests were modeled with the finite element method in ABAQUS software. The numerical curves obtained in ABAQUS and the experimental data were well matched.
Results: Among the polymer composite groups containing sole or combined marble dust, silica fume and nano-silica, the PM30, PS5, PN1, PM30N1, and PS5PN1 groups showed the best mechanical performance in comparison to the control group. In addition, the bond strength formed by these groups with concrete showed better values compared to the control.