Yüksek sıcaklık ve donma-çözülme etkisine maruz kalmış lif içeren ultra yüksek dayanımlı betonların özellikleri
Properties of ultra high strength concrete containing fiber exposed to high temperature and freeze-thaust
Yazar: TUBA BOZBAY AKTAŞ
Danışman: PROF. DR. CAHİT BİLİM
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Donma-çözülme = Freezing-thawing ; Polipropilen = Polypropylene ; Yangın dayanımı = Fire resistance ; Yüksek dayanımlı beton = High strength concrete ; Çelik lif = Steel fiber

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında farklı oranlarda çelik ve polipropilen lif katkısıyla üretilmiş ultra yüksek dayanımlı lifli betonların, yangın direnci, donma-çözülme etkisi altındaki davranışı ve 30 günlük rötre değerlerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada yangın direnci için 36 adet çelik lif ve 36 adet polipropilen lif katkılı 40x40x160 mm boyutlarında numune üretimi yapılmıştır. Karışımlarda kullanılan lif oranları; %0.5, %1.0 ve %2.0 çelik lif ve %0.05, %0.10 ve % 0.20 polipropilen liftir. Kıyaslama yapabilmek adına 40x40x160 mm boyutlarında 12 adet lif katkısı olmayan ultra yüksek dayanımlı beton numunesi üretilmiştir. Hazırlanan karışımların hepsinde su/bağlayıcı oranı 0.18 olarak sabit tutulmuştur. Yangın direnci için hazırlanan numuneler 21+1 C sıcaklıkta su içerisinde 27 gün boyunca kür edilmişlerdir. Kür sonunda her lif grubundan 3'er adet numune, fırın içerisinde 1 saat süre ile ısıtma hızı 5 C/dk olacak şekilde, 300 C, 600 C ve 900 C sıcaklığa maruz bırakılmıştır. Ortam sıcaklığına gelen numuneler sırası ile eğilme ve basınç dayanım testlerine tabi tutulmuşlardır. Lif takviyeli ultra yüksek dayanımlı betonların donma-çözülme etkisi altındaki davranışlarını incelemek için 40x40x160 mm ebatlarında 27 adet çelik lifli, 27 adet polipropilen lifli ve 9 adet lifsiz beton numuneleri hazırlanmıştır. Çelik lif kullanımı oranları %0.5, %1.0 ve %2.0 iken polipropilen lif kullanım oranı %0.05, %0.10 ve %0.20'dir. Donma-çözülme döngüsü için hazırlanan numunelerin hepsi 28 günlük standart kür havuzunda bekletilmişlerdir. 28 günün sonunda her gruptan 3'er numune eğilme ve basınç dayanım testleri yapılmıştır. Diğer numunelerde her lif grubundan 3'er tane olacak şekilde 50 kez donma-çözülme döngüsüne maruz bırakılmışlardır. Döngüde önce 3 saat -20 C'de ve sonra 30 dakika normal oda sıcaklığındaki su içerisinde bekletme işlemi yapılmıştır. Kalan numunelerde de her lif grubundan 3'er numune donma-çözülme döngüsü boyunca 21+1 C su havuzunda bekletilmişleridir. 50 defa yapılan döngü sonrası hem donma-çözülme döngüsüne maruz kalmış numuneler, hem döngü süresince su havuzunda bekletilmiş numuneler eğilme ve basınç dayanım testlerine tabii tutulmuştur. Ultra yüksek dayanımlı lif takviyeli betonlarda lif takviyesinin rötre üzerindeki etkisini incelemek amacıyla 25x25x285 mm ebadında numuneler hazırlanmıştır. Her lif grubundan 2 numune olacak şekilde toplam 14 adet numune üretilmiş ve 30 gün süresince rötre ölçüm işlemi yapılmıştır.
Yapılan deneyler sonucunda çelik lif ve polipropilen lif kullanımının hem yangın deneyleri hem de donma-çözülme deneyleri sonrasında eğilme ve basınç dayanımlarına olumlu katkıları olmuştur. Kullanılan lif oranının artması numunelerin eğilme ve basınç mukavemetlerini artırmış, büzülme miktarını azaltmıştır. Yangın direnci deneylerinde 900 C sıcaklığa maruz kalmış numunelerde basınç dayanımları çok büyük oranlarda azalırken, en yüksek basınç mukavemetini 300 C sıcaklığa maruz kalan numuneler göstermiştir. Eğilme mukavemeti açısından değerlendirme yapıldığında en yüksek dayanımı çelik lifli karışımlarda 20 C'deki numuneler gösterirken, polipropilen lifli karışımlarda 300 C sıcaklığa maruz kalan numuneler göstermiştir. Donma-çözülme etkisi incelenen numunelerde çelik lif ve polipropilen lif katkısının basınç ve eğilme dayanımlarına katkı sağladığı sonucuna varılmıştır. Hem çelik lifli hem polipropilen lifli numunelerde en yüksek basınç mukavemetini gösteren grup döngü süresince suda bekleyen gruba aittir. Eğilme mukavemeti sonuçları incelendiğinde yine en yüksek dayanımı gösteren grup döngü süresince su havuzunda bekletilen gruba aittir. Lif katkılı ultra yüksek dayanımlı betonların rötre-zaman ilişkisi incelendiğinde lif kullanımının büzülme miktarını azalttığı görülmüştür.

Abstract:
Within the scope of this thesis, it was aimed to examine the fire resistance, behavior under freeze-thaw effect and 30-day shrinkage values of ultra-high strength fiber concretes produced with steel and polypropylene fiber additives at different rates. In the study, 36 steel fiber and 36 polypropylene fiber reinforced 40x40x160 mm samples were produced for fire resistance. The fiber ratios used in the mixtures; 0.5%, 1.0% and 2.0% steel fiber and 0.05%, 0.10% and 0.20% polypropylene fiber. In order to make comparisons, 12 samples of ultra-high strength concrete with the dimensions of 40x40x160 mm without fiber additives were produced. The water/binder ratio was kept constant as 0.18 for all the prepared mixtures. The samples prepared for fire resistance were cured in water at 21+1 C for 27 days. At the end of the cure, 3 samples from each fiber group were exposed to 300 C, 600 C and 900 C temperatures for 1 hour in the oven with a heating rate of 5 C /min. The samples, which came to ambient temperature, were subjected to the flexural and compressive strength tests, respectively. In order to examine the behavior of fiber-reinforced ultra-high strength concretes under freeze-thaw effect, 27 steel fiber, 27 polypropylene fiber and 9 non-fiber concrete samples with 40x40x160 mm dimensions were prepared. Steel fiber usage rates are 0.5%, 1.0% and 2.0%, while polypropylene fiber usage rates are 0.05%, 0.10% and 0.20%. All of the samples prepared for the freeze-thaw cycle were kept in a 28-day standard curing pool. At the end of 28 days, 3 samples from each group were tested for flexural and compressive strength. In other samples, they were exposed to 50 freeze-thaw cycles, 3 from each fiber group. In the cycle, firstly, they were kept at -20 C for 3 hours and then in water at normal room temperature for 30 minutes. In the remaining samples, 3 samples from each fiber group were kept in a 21+1 C water pool throughout the freeze-thaw cycle. After 50 cycles, both the samples exposed to the freeze-thaw cycle and the samples kept in the water pool during the cycle were subjected to the flexural and compressive strength tests. In order to examine the effect of fiber reinforcement on shrinkage in ultra-high strength fiber reinforced concrete, 25x25x285 mm samples were prepared. A total of 14 samples, 2 samples from each fiber group, were produced and shrinkage measurement was performed for 30 days. 
As a result of the experiments, the use of steel fiber and polypropylene fiber had positive contributions to the flexural and compressive strengths after both fire tests and freeze-thaw tests. Increasing the fiber ratio increased the flexural and compressive strengths of the samples and decreased the amount of shrinkage. In the fire resistance tests, the compressive strength of the samples exposed to 900 C temperature decreased greatly, while the samples exposed to 300 C temperature showed the highest compressive strength. When evaluated in terms of flexural strength, the samples exposed to a temperature of 300 C in polypropylene fiber mixtures showed the highest strength in steel fiber mixtures, while samples at 20 C showed. It was concluded that the additives of steel fiber and polypropylene fiber contributed to the compressive and flexural strengths of the samples whose freeze-thaw effects were examined. The group showing the highest compressive strength in both steel fiber and polypropylene fiber samples belonged to the group that kept in water during the cycle. When the flexural strength results are examined, the group showing the highest strength belongs to the group that was kept in the water pool during the cycle. When the shrinkage-time relationship of fiber-added ultra-high strength concretes was examined, it was observed that the use of fiber reduced the amount of shrinkage.