Süper elastik şekil hafızalı alaşım liflerinin tasarlanmış çimento esaslı kompozitlerin mekanik ve dinamik özelliklerine etkisi
Effect of super elastic shape memory alloy fibers on mechanical and dynamical properties of engineered cementitious composites
Yazar: EZGİ GÜRBÜZ
Danışman: PROF. DR. SAVAŞ ERDEM ; DOÇ. DR. MİNGZHONG ZHANG
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı yüzey özellikleri nanoteknolojik yöntemlerle iyileştirilmiş polivinil alkol lif (PVA) ile üretilecek tasarlanmış çimento esaslı kompozitlere (ECC) süperelastik şekil hafızalı alaşım (SMA) lif ilavesinin kompozitin mekanik ve dinamik özelliklerine etkilerini araştırmaktır. Hibrit lifli ECC'nin işlenebilirliği, basınç özellikleri, eğilme ve çekme dayanımları, rötre ve ağırlık düşürmeli çarpma performansı için bir dizi test gerçekleştirilmiştir. 3D Fraktal çatlak analizi ve mikro yapısal incelemenin yanı sıra, deformasyon sertleşmesi, çoklu mikro çatlak performansı ve içyapı hasar özellikleri mikro ve nano yapısal karakterizasyon analizleri ile değerlendirilmiştir. Basınç dayanımı, yüzey özellikleri nano grafit ile iyileştirilmiş PVA (GPVA) liflerle üretilen kompozitlerde hidrofiliklik derecesinin azalmasına bağlı olarak artış göstermiştir. Eğilme performansında ise sadece SMA ilavesi ile yaklaşık %100'e yakın artış, hem GPVA hem de SMA lif ilavesi ile ise yaklaşık %300'e yakın artış elde edilmiştir. Çekme yüklemesi altındaki dayanım iyileşmesinin yanında, çekme düktilitesi değeri %2'yi aştığı için hibrit lifli bu kompozitlerin yapısal onarım uygulamalarında da kullanılabileceği belirtilmektedir. Sadece mekanik yükler altında değil, dinamik yükler altında da yüksek performans sergileyen kompozitlerin SMA ilavesi ile çatlak iyileştirme özellikleri de araştırılmıştır. Bilgisayarlı tomografi görüntüleri ile kontrol edilen içyapıda homojen olarak dağılabilen SMA lif miktarının çatlak boyutlarındaki azalma ile doğrusal olarak ilişkili arttığı da ortaya konulmuştur. Böylece bu tez kapsamında GPVA ve SMA liflerle üretilen ECC'lerin hem yapı ve deprem mühendisliği açısından, hem de kritik öneme sahip yapıların yapımı ve hızlı tamirine imkan verebilecek son derece faydalı yeni nesil bir kompozit olarak değerlendirilebileceği sunulmuştur.

Abstract:
The aim of this thesis is to investigate the effects of superelastic shape memory alloy (SMA) fiber addition on the mechanical and dynamic properties of the Engineered Cementitious Composites (ECC) are produced with polyvinyl alcohol fiber (PVA), whose surface properties are improved by nanotechnological methods. A series of tests were performed to characterize the flowability, compressive properties, flexural and tensile strengths, shrinkage, and drop-weight impact performance of the hybrid fiber ECC. In addition to 3D Fractal crack analysis and microstructural analysis, strain hardening, multiple microcrack performance, and internal structure damage properties were evaluated by micro and nanostructural characterization analyses. The compressive strength has increased for the composites produced with GPVA (PVA fibers improved surface properties). In the flexural performance, an increase of approximately 100% was obtained with the addition of SMA fiber and an increase of approximately 300% with the addition of both GPVA and SMA fiber. In addition to the improvement in strength under uniaxial tensile loading, it can be recommended that these hybrid fiber composites can also be used in structural repair applications as the tensile ductility values exceed 2%. Composites, which exhibit high performance not only under mechanical loads but also under dynamic loads, were also investigated for crack healing properties. It was also revealed that the amount of SMA fiber homogeneously dispersed in the internal structure controlled by computed tomography images increased linearly with the decrease in crack sizes. Thoroughly, the ECCs produced with the hybridization of GPVA and SMA fibers can be evaluated as a considerably useful new-generation composite that can enable the structural and earthquake engineering, the construction, and rapid repair of critical structures.