Çeşitli parametrelerin betonun mekanik özelliklerine ve korozyon davranışına etkisinin istatistiksel yöntemler kullanılarak araştırılması
Investigation of the effects of various parameters on the mechanical properties and corrosion behavior of concrete using statistical methods
Yazar: KEMAL URAY
Danışman: PROF. DR. HİCRAN AÇIKEL ; DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA KOÇER
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Korozyon = Corrosion

Özet:
Günümüzde küresel ısınma, çimento endüstrisinin karbon ayak izi ve sera gazı emisyonlarıyla doğrudan ilişkilendirilen önemli bir sorun olarak karşımıza çıkmaktadır. Çimento üretimi, hammaddelerin kalsinasyonu ve yakıtın yanması gibi süreçlerde büyük miktarda sera gazı salınımına neden olmaktadır. Bu nedenle, çimento endüstrisiyle ilişkilendirilen sera gazı emisyonlarını azaltmak için daha sürdürülebilir üretim yöntemleri ve alternatif malzemelerin kullanımı gibi stratejilerin benimsenmesi, küresel ısınma ile mücadelede kritik öneme sahiptir. Korozyon hasarı, betonarmede malzeme kaybına yol açarak yapısal bütünlüğü zayıflatan ve yapıların dayanıklılığını azaltan en önemli kimyasal hasar türüdür. Bu durum, deprem durumunda yapıların performansını olumsuz yönde etkileyerek yapısal hasarın boyutunu artırmaktadır. Ayrıca, korozyonun neden olduğu donatı kaybı, yapısal elemanların gevrek kırılmalarına veya aşırı deforme olmalarına yol açmakta, bu da deprem sonrası can ve mal kayıplarını artırmaktadır. Bu nedenle, betonarme yapıların dayanıklılığı ve uzun süreli performansı için korozyonun önlenmesi ve kontrol edilmesi kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada çimento yerine; belirli oranlarda silis dumanı, uçucu kül ve yüksek fırın cürufu ikame edilerek üretilen sürdürülebilir çevreci betonun, mekanik ve korozyon özelliklerini kapsayan deney sonuçları kullanılarak Taguchi, Yüzey Tepki ve Gri İlişkisel analiz istatistik tabanlı yöntemler ile parametrik etki araştırılmıştır. Üç farklı yapay puzolanın kullanıldığı bu çalışmada beton reolojisinin dayanım ve dayanıklılık üzerindeki etkisini belirlemek amacıyla süper akışkanlaştırıcı katkı yüzdesi de parametre olarak seçilmiştir. Buna göre kullanılan 4 farklı parametrenin 3 seviyesi için Taguchi L9 ortogonal dizi seçilerek 9 farklı karışım üretilmiştir. Üretilen bu karışımlarda silis dumanı (SD) ikame oranları %3-6-9, yüksek fırın cürufu (YFC) ve uçucu kül (UK) ikame oranları %10-15-20 ve süper akışkanlaştırıcı (SA) kullanım oranı %1.25-1.50-1.75 olarak belirlenmiştir. İçeriğinde puzolanların bulunduğu karışımların dayanım ve dayanıklılık özellikleri, içerisinde mineral katkı bulunmayan 300 kg/m3 Portland çimentolu referans beton serisi ile karşılaştırılmıştır. Diğer yandan betonarme yapılarda yaygın olarak kullanılan korozyon inhibitörlerinden biri olan kalsiyum nitritin, beton dayanım ve dayanıklılık özelliklerine olan etkisi araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre beton karışımlarında istatistik yöntemlerin kullanımının hızlı ve güvenilir sonuçlar verdiği gösterilmiştir. Ayrıca beton üretiminde kullanılan mineral katkıların, betonun dayanım ve dayanıklılık özelliklerini iyileştirdiği görülmüştür.

Abstract:
Today, global warming emerges as an important problem that is directly associated with the carbon footprint and greenhouse gas emissions of the cement industry. Cement production leads to substantial greenhouse gas emissions during processes such as raw material calcination and fuel combustion. Therefore, adopting strategies such as sustainable production methods and the use of alternative materials to reduce greenhouse gas emissions associated with the cement industry is of critical importance in combating global warming. Corrosion damage is the most important type of chemical damage that causes material loss in reinforced concrete, weakening structural integrity and reducing the durability of structures. This situation negatively affects the performance of structures in the event of an earthquake and increases the extent of structural damage. Moreover, corrosion-induced loss of reinforcement can lead to brittle fractures or excessive deformations of structural elements, further exacerbating casualties and property losses after earthquakes. Hence, prevention and control of corrosion are crucial for the durability and long-term performance of reinforced concrete structures. In this study, instead of cement; Using test results covering the mechanical and corrosion properties of sustainable environmentally friendly concrete produced by substituting certain amounts of silica fume, fly ash and blast furnace slag, the parametric effect was investigated with Taguchi, Surface Response and Gray Relational analysis statistical-based methods. In this study, in which three different artificial pozzolans were used, the percentage of superplasticizer additive was chosen as a parameter in order to determine the effect of concrete rheology on strength and durability. Accordingly, a Taguchi L9 orthogonal array was selected for 9 different mixtures considering 4 different parameters at 3 levels. In these mixtures, substitution rates of silica fume ranged from 3% to 9%, while those of blast furnace slag and fly ash ranged from 10% to 20%, and superplasticizer dosage ranged from 1.25% to 1.75%. The strength and durability properties of mixtures containing pozzolans were compared with a reference concrete series containing 300 kg/m3 of Portland cement without mineral admixtures. Additionally, the effect of calcium nitrite, a commonly used corrosion inhibitor in reinforced concrete structures, on concrete strength and durability properties was investigated. The results demonstrate that the use of statistical methods in concrete mix designs yields rapid and reliable results. Furthermore, it was observed that mineral admixtures used in concrete production improve the strength and durability properties of concrete.