Çimento esaslı malzemelerde yüksek miktarda sentetik kısa lif kullanımı
High rate of synthetic short fibers use in cement-based materials
Yazar: BERKİN ATAHAN GÖKBAYRAK
Danışman: PROF. DR. BURCU AKÇAY ALDANMAZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Lif takviyeli beton = Fiber reinforce concrete

Özet:
Çimentolu malzemelerin çekme dayanımları, enerji yutma kapasiteleri ve toklukları düşüktür. Bu özellikleri geliştirmek amacı ile çeşitli malzemelerden üretilmiş değişik boyutlarda lifler kullanılmaktadır. Bu lifler arasında en çok kullanılanlar çelik, polimer ve cam liflerdir. Bu çalışmada poliamid 12 mm uzunluğunda mikro lifler ile takviye edilmiş çimento esaslı malzemelerin işlenebilirlik özellikleri, eğilme ve basınç dayanımları ve rötre davranışları araştırılmıştır. Su/çimento (s/ç) oranı 0.28, 0.35 ve 0.42 olan karışımlar üretilmiştir. 0,28 s/ç oranı olan serilerde en yüksek %2 oranında, 0,35 s/ç oranı olan serilerde en yüksek %4 ve 0,42 s/ç oranı olan serilerde ise en yüksek %5 oranında mikro lif kullanılabilmiştir. Bu serilerde değişik oranlarda akışkanlaştırıcı katkı kullanılarak lif içeren karışımların işlenebilirliği yalın harç numunesine yaklaştırılmaya çalışılmıştır. Aynı serilerin sabit miktarda akışkanlaştırıcı eklenmiş alternatif karışımları da üretilmiştir. Deneysel çalışma olarak taze haldeki harçların yayılma çapları ölçülmüş, sertleşmiş halde de üç noktalı eğilme deneyi ve basınç deneyi yapılmıştır. Ayrıca s/ç oranı 0,42 olan harçlarda otojen rötre ve kuruma rötresi ölçümleri yapılmıştır.
Deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar s/ç oranı ve lif içeriğinin çimentolu malzemelerin araştırılan özellikleri üzerinde belirgin etkileri olduğunu göstermiştir. İşlenebilir bir karışım elde etmek için gerekli akışkanlaştırıcı miktarı lif içeriği arttıkça artmıştır. Artan lif miktarı ile basınç dayanımı önemli derecede etkilenmez iken eğilme dayanımında artış görülmüştür. Mikro lif kullanımının çimentolu malzemelerdeki rötreyi azaltmak için de iyi bir yöntem olduğu görülmüştür. Kullanılan liflerin özellikle erken yaşta ortaya çıkan otojen rötreyi önlemede etkili olduğu gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlar kullanılarak dayanımı ve işlenebilirlik özellikleri yüksek, rötre değeri en az olacak karışımları belirleyebilmek için çok amaçlı optimizasyon analizi yapılmıştır.

Abstract:
Cement-based materials have low tensile strength, energy absorption capacity and toughness. In order to improve these features, fibres with different sizes produced from various materials are used. Commonly used among these fibres are steel, polymer and glass fibres. In this study, workability properties, strength and shrinkage behaviours of cement-based materials reinforced with polypropylene micro-fibres of 12 mm length were investigated. Mixtures were produced 0.28, 0.35 and 0.42 water/cement (w/c) ratio. In 0,28 w/c series maximum usage of micro-fibres could be as %2, while in 0,35 and 0,42 w/c series that could be %4 and %5, respectively. In these series the workability of fibre containing mixtures was tried to be reach closer to the plain mortar sample with using various amount of superplasticizer. The alternative mixtures of same series were produced by using constant amount of superplasticizer. As an experimental study, the flow diameters of mortars were measured in the fresh state, bending and compressive strength tests were performed in the hardened state. In addition, autogenous shrinkage and drying shrinkage measurements were obtained in the mortars with a w/c ratio of 0.42.
Results from the experimental studies showed that the w/c ratio and fibre content had a significant effect on the investigated properties of cementitious materials. The amount of superplasticizer required to obtain a workable mixture increased as the fibre content increased. With increasing amount of fibre, the compressive strength was not significantly affected, while the flexural strength increased. It was seen that the usage of micro-fibre is also a good method to reduce shrinkage of cementitious materials. It has been observed that the used fibres are especially effective in preventing autogenous shrinkage that occurs at an early age. With using obtained results, a multi-objective optimization analysis was carried out to determine the mixtures with high strength and workability properties and the lowest shrinkage value.