Nano malzemelerin çimento bağlayıcılı kompozitlerin mekanik özellikleri üzerine etkileri
The effects of nano-materials on the mechanical properties of cementitious composites
Yazar: MOHAMMAD HATAM BALAV
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında nano boyuttaki mineral katkıların yüksek oranda/hacimde uçucu kül içeren Tasarlanmış Çimento Bağlayıcılı Kompozitlerin (Engineered Cementitious Composites-ECC) mekanik özellikleri ve çekme yükleri altında sünekliliği üzerindeki etkileri farklı hidratasyon derecelerinde araştırıldı. Süneklikteki gelişimleri tayin etmek için farklı nano boyuttaki mineral katkılar içeren ECC karışımlarının mikro-yapısal matris özellikleri, lif-matris arayüzü ve lif yüzeyi bakımından çeşitli özellikleri karşılaştırıldı. Nano-boyutta mineral katkı olarak deneysel çalışmalar kapsamında iki farklı kaynaktan elde edilmiş nano-kalsit (CaCO3) ve bir kaynaktan elde edilmiş nano-silis (SiO2) kullanılmış olup tüm karışımlarda uçucu kül/çimento oranı ağırlıkça 1.2 seviyesinde sabit tutulmuştur. Mikro-yapısal karakterizasyonda gözenek boyut dağılımları Civalı Porosimetre deneyi (Mercury Intrusion Porosimetry-MIP) ile yapıldı. Hidratasyon özellikleri Termogravimetrik Analiz/Diferansiyel Termal Analiz (Thermogravimetric Analysis/Differential Thermal Analysis-TGA/DTA) yöntemleri kullanılarak belirlenirken 90 günlük süre boyunca lif-matris arayüzü ve lif yüzey özellikleri de Taramalı Elektron Mikroskobu (Scanning Electron Microscopy) kullanılarak saptanmıştır. Bunlara ilave olarak, aynı süre için basınç dayanımı ve eğilmede çekme dayanımlarının gelişimleri izlendi. Test sonuçları nano boyutta mineral katkı eklenmesiyle yüksek hacimde uçucu kül içeren ECC karışımlarının hem eğilmede çekme dayanımında hem de sünekliliğinde, özellikle erken yaşlarda, önemli ölçüde gelişimler sağlandığını göstermiştir. Nano-silis malzemesine oranla çok daha ucuz olan nano kalsit kullanımı özellikle erken yaş mekanik özellikler üzerinde daha etkili sonuçlar vermiştir. Bununla birlikte test sonuçları nano-kalsitin kristal yapısının elde edilen performans üzerinde çok önemli bir rol oynadığını göstermiştir.

Abstract:
In this experimental study, the effects of nano-sized mineral additions on the ductility under tension loads and mechanical properties of Engineered Cementitious Composites (ECC) containing high volumes of fly ash were investigated at different hydration degrees. Various properties of ECC mixtures with different mineral additions were compared in terms of microstructural properties of matrix, fiber-matrix interface, and fiber surface to assess improvements in ductility. Within the scope of the thesis, nano-sized mineral additions of Nano-Calcite (CaCO3) obtained from two different sources and Nano-Silica (SiO2) obtained from one source were used and also fly ash/cement ratio was kept constant as 1.2 by weight in all mixtures. Microstructural characterization was made by measuring pore size distributions through mercury intrusion porosimetry (MIP). Hydration characteristics were assessed using thermogravimetric analysis/differential thermal analysis (TGA/DTA), and fiber-matrix interface and fiber surface characteristics were assessed using scanning electron microscopy (SEM) through a period of 90 days. Moreover, compressive and flexural strength developments were monitored for the same period. The Test results confirmed that nano-sized mineral additions could significantly improve both in flexural strength and ductility of ECC, especially at early ages. Cheaper Nano-CaCO3 was more effective especially in terms of early age mechanical properties when it is compared to nano-silica. However, the crystal structure of CaCO3 played a very important role in the range of expected improvements.