Kirişlerde eğilme yüklemesi etkisinde şekil değiştirme sertleşmesi gösteren çimento bağlayıcılı kompozitlerin kendiliğinden iyileşme performanslarının deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of cementitious composites exhibit strain hardening beam elements showing self-healing performances under bending loading
Yazar: NURULLAH ÖKSÜZER
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜR ANIL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Lif takviyeli beton = Fiber reinforce concrete ; Yüksek performanslı beton = High performance concrete

Özet:
Tez çalışması kapsamında, yaygın olarak bir kompozit olan ve şekil değiştirme sertleşmesi sergileyen çimento esaslı kompozitler iri agregalı şekilde daha ekonomik olarak üretilerek, nano malzeme katkısıyla birlikte performansları iyileştirilmiştir. Karışımlarda farklı malzeme oranları kullanılarak daha ekonomik üretimlerdeki performanslar karşılaştırılmıştır. Bu kapsamda iki farklı Uçucu kül/Portland Çimentosu (UK/PÇ = 0,20 ve 0,70), iki farklı agrega/bağlayıcı (A/B = 1,0 ve 2,0), üç farklı lif tipi (Naylon, Polivinil alkol, Çelik lif) kullanılmıştır. Ayrıca nano malzeme türünün etkisinin de incelenmesi için iki farklı nano malzeme (Nano silis, Nano alümin) eklenmiştir. Karışımlarda boyut etkisinin irdelenmesi amacıyla iki farklı boyutta kiriş numuneleri hazırlanmıştır. 128 adet yapısal boyutta kiriş (100×150×1000 mm), 84 adet küçük ölçekli kiriş (80×75×400 mm) ve basınç dayanımları için 42 adet küp numune (100×100×100 mm) olmak üzere toplam 254 adet numune test edilmek üzere hazırlanmıştır. Hazırlanan kiriş numuneleri 28 gün sonunda farklı kesme açıklığı/ faydalı yükseklik (a/d) oranlarında 4 noktalı eğilme deneyi testine tabii tutulmuştur. Farklı hâkim davranışların incelenmesi amacıyla 28 gün sonunda yapısal boyuttaki kirişler için 4 farklı a/d oranında (0,67, 1,11, 2,22, 2,96), küçük boyuttaki kirişler için 3 farklı a/d oranında (0,67, 1,11, 2,00) yükleme yapılarak mekanik davranışlar elde edilmiştir. Ayrıca üretilen hem küçük hem de yapısal ölçekteki kirişler 28 gün sonunda aynı a/d oranlarında ön yükleme uygulanarak ilk çatlak gelişimleri elde edilmiştir. Oluşan çatlak genişlikleri el mikroskobu yardımıyla ölçülerek 30 gün boyunca doygun ortamda kürlenmiştir. 28 gün sonundaki kiriş numunelerinin mekanik performansları ile 28+30 gün sonundaki numunelerin performansları incelenmiştir. Her iki boyuttaki numunelerde de kendiliğinden iyileşme meydana gelmiştir. Küçük boyutlu kirişlerin kendiliğinden iyileşme performansları yapısal boyutlu kirişlere göre daha iyidir. İyileşme ürünleri olarak numunelerin bazılarında C-S-H oluşumu ile çatlak kapanması görülürken, bazı numunelerde CaCO3 oluşumundan kaynaklı çatlak kapanmaları olduğu belirlenmiştir. C-S-H jeli oluşumuyla elde edilen çatlak iyileşmelerinin genelinde iyileşme sonrası performanslarının da arttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Within the scope of the thesis, cement-based composites, which are commonly a composite and exhibit strain hardening, were produced more economically with coarse aggregates and their performance was improved with the addition of nanomaterials. The performances in more economical productions were compared by using different material ratios in the mixtures. In this context, two different fly ash/portland cement (FA/PC = 0.20 and 0.70), two different aggregate/binder (A/B = 1.0 and 2.0), three different fiber types (nylon, polyvinyl alcohol, steel fiber) were used. Furthermore, two different nano materials (nano silica and nano alumina) were used to investigate the influence of nanomaterial type. In order to examine the size effect in mixtures, beam specimens of two different sizes were prepared. A total of 254 specimens were prepared for testing, including 128 structural beams (100×150×1000 mm), 84 small-scale beams (80×75×400 mm), and 42 compressive strength cube specimens (100×100×100 mm). The prepared beam specimens were subjected to 4-point bending test at different shear span/effective height (a/d) ratios at the end of 28 days. In order to examine the different dominant behaviors at the end of 28 days, 4 different a/d ratios (0.67, 1.11, 2.22, 2.96) for structural size beams and 3 different a/d ratios (0. 67, 1.11, 2.00) for small size beams were loaded and mechanical behaviors were obtained. In addition, both small and structural size beams produced were preloaded at the same a/d ratios at the end of 28 days and the first crack propagation was obtained. The crack widths formed were measured with the help of a hand microscope and cured in a saturated medium for 30 days. The mechanical performances of the beam specimens after 28 days and 28+30 days were examined. Self-healing occurred in specimens in both sizes. The self-healing performance of small size beams is better than structural size beams. As healing products, crack closure was observed in some of the specimens with the formation of C-S-H, while in some specimens due to the formation of CaCO3. The post-healing performance of the crack healing attained with the creation of C-S-H gel has also improved.