Lif cinsleri ve kullanım oranlarının 3 boyutlu baskı betonunun ekstrüde edilebilirlik ve kullanılabilirlik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of fiber types and utilization rates on the extrudability and usability of 3D printable concrete
Yazar: FATİH BÜLBÜL
Danışman: PROF. DR. ABDUSSAMET ARSLAN
Gazi 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:
İnşaat sektörünün klasik yapısı son yıllarda hem ihtiyaçlar hem de teknolojik gelişmeler doğrultusunda hızla değişmektedir. Gelişen bu teknolojilerden biri olan ve kendisine birçok sektörde kullanım alanı bulan 3B yazıcı teknolojisi inşaat uygulamalarında da kullanılmaya başlanmıştır. Bu teknoloji ile birlikte klasik betonun pompa iletimine uygun reolojik özellikleri güncel ihtiyaçları karşılayamamış, yeni beton tasarımları ve tasarım teknikleri ortaya çıkmıştır. Betonun 3B baskıya uygun mekanik özelliklerinin karşılanabilmesi için lif katkılar sıklıkla kullanılmaktadır. Ancak lif katkıların kullanımı ile betonun 3B baskıya uygun reolojik özelliklerinin optimize edilmesi karmaşık bir süreçtir. Bu tez çalışmasında 3B baskıya uygun betonlarda kullanılan lif katkıların, betonun taze hal özelliklerinden olan çalışma süresi, ekstrüde edilebilirlik ve inşa edilebilirlik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Çalışmada, mineral ve kimyasal katkılar kullanılarak lif katkıların etkilerinin analiz edilebileceği 3B baskıya uygun bir kontrol karışımı oluşturulmuştur. Kontrol karışımına polipropilen, karbon ve cam lifler hacimce 0,5-1-1,5-2% oranlarında katılarak liflerin karışım üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Deneysel çalışma sonucunda tür ve kullanım oranı fark etmeksizin tüm liflerin çalışma süresini azalttığı gözlemlenmiştir. Öte yandan optimize edilen kontrol karışımı için ekstrüde edilebilirliğin sağlanamadığı ilk 15 dakikalık süreç, lif katkıların kullanımı ile ortadan kaldırılmış ve ilk dakikada dahi baskıya uygun karışımlar elde edilmiştir. Lif katkılı karışımlar şekil stabilitesi açısından incelendiğinde tüm lif türleri için hacimce 1% ve 1,5% oranlarında lif kullanılan karışımların 3B baskı için en uygun karışımlar olduğu saptanmıştır. Deneysel çalışmanın son aşamasında en düşük inşa edilebilirlik kapasitesine sahip (hacimce 0,5%) lif katkılı karışımlar ile 3B baskı işlemi simüle edilmiş, çok katmanlı yapı elemanları oluşturulmuştur. Sonuç olarak ekstrüzyon süresi içerisinde 9 katman ile en düşük inşa edilebilirlik yeteneği karbon lifli karışımlarda gözlemlenirken, polipropilen lifli karışımlar ile 15 katmana kadar sağlıklı inşa edilebilirlik elde edilmiştir.

Abstract:
The classical structure of the construction sector has been changing rapidly in recent years in line with both needs and technological developments. 3D printer technology, which is one of these developing technologies and finds use in many sectors, has also started to be used in construction applications. With this technology, the rheological properties of conventional concrete suitable for pumping could not meet current needs, and new concrete designs and design techniques emerged. Fiber reinforcements are frequently used to meet the mechanical properties of 3D printable concretes. However, optimizing the rheological properties of 3D printable concretes with the use of fiber reinforcement is a complex process. In this thesis, the effects of fiber reinforcement used in 3D printable concrete on open time, extrudability, and buildability properties, which are the fresh-state properties of concrete, were investigated. In the study, a 3D printable control mixture was created by using mineral and chemical additives to analyze the effects of fiber reinforcement. Polypropylene, carbon, and glass fibers were added to the control mixture at 0.5-1-1.5-2% by volume, and the effects of the fibers on the mixture were investigated. As a result of the experimental study, it has been observed that all fibers reduce the open time regardless of the type and usage rate. On the other hand, the first 15-minute period in which extrudability could not be achieved for the optimized control mixture was eliminated by the use of fiber reinforcement and extrudability was obtained even at the first minute. When fiber-reinforced mixtures are examined in terms of shape stability, it has been determined that mixes using 1% and 1.5% fiber by volume for all fiber types are the most suitable mixtures for 3D printing. At the last stage of the experimental study, multilayer structural elements were created by simulating the 3D printing process with fiber-reinforced mixes with the lowest buildability capacity (0.5% by volume). As a result, the lowest buildability with 9 layers in the extrusion period was observed in carbon fiber reinforced concretes, while a healthy buildability of up to 15 layers was obtained with polypropylene fiber reinforced mixtures.