Polimer-modifiye çimento esaslı hibrit lifli hafif kompozit geliştirilmesi
Development of polymer-modified cement-based hybrid fiber reinforced lightweight composite
Yazar: CEREN DUYAL
Danışman: PROF. DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Beton gevrek bir malzemedir, düşük yükler altında lineer elastik bir davranış gösterir.  Yük arttırıldığında ise, yalın beton ilk çatlaktan itibaren taşıma gücünü kaybeder. "Mühendislik Özellikleri Geliştirilmiş Çimento Esaslı Lifli Kompozit (Engineered Cementitious Composites - ECC)" bünyesinde barındırdığı mikron boyutlu lifler sayesinde, çekme yükleri altında çoklu çatlak davranışı gösterebilen, enerji yutma kapasitesi yalın betona kıyasla yüksek olan yeni nesil bir yapı malzemesidir. Bu tezde, iki farklı lif ve bunların hibrit kullanımı ile tasarlanmış ECC'lerin karışım suyu farklı oranlarda (%12,5, %25) polimer emülsiyonu ile ikame edilmiştir. Kullanılan lifler "Yüksek Çekme Dayanımlı Polipropilen (HTPP)" ve "Polivinil Alkol (PVA)"dür. Kompozit, bu liflerin hacimce %2; %1,5-%0,5 ve %1-%1 oranlarında kullanılması ile hazırlanmıştır. Kompozitte yapılan değişikliklerin çatlak gelişimi üzerine etkilerini gözlemleyebilmek için Dijital Görüntü Korelasyonu (Digital Image Correlation - DIC) yönteminden faydalanılmıştır. 

 Kullanılan polimer emülsiyonu "Stiren Akrilik Kauçuk (SAR)" kökenlidir. Polimer modifikasyonu, polimerin hava sürükleyici etkisi dolayısıyla hafif kompozit üretimini desteklemiş ve oluşturduğu film sayesinde ise çekme dayanımında %28 artış sağlamıştır. Ancak polimer modifiye ECC'lerin çoklu çatlak oluşturma kapasitelerinde polimer yüzdesine bağlı olarak belli orana kadar artış ve daha yüksek oranlarda azalış gözlenmiştir.  ECC bünyesinde oluşan polimer filminin belirli bir yoğunluktan sonra, matrisin çatlamaya karşı direncini arttırarak çoklu çatlak gelişimini engellediği tespit edilmiştir. ECC'nin kırılma tokluğunu arttırmak amacıyla matrise hacimce %3 oranında granüle cam tozu eklenerek kompozitin çoklu çatlak davranışı desteklenmiş ve çatlak sayısında ortalama %20'lik artış elde edilmiştir.

Abstract:
Concrete is a brittle material, it shows a linear elastic behavior under low loads. When the load is increased, plain concrete loses its bearing capacity from the first crack. "Engineered Cementitious Composites (ECC)", is a new generation building material that can exhibit multiple crack behavior under tensile loads and has higher energy absorption capacity than plain concrete thanks to the micron size fibers it contains. In this thesis, the mixing water of ECC was replaced with different amounts of polymer emulsion (12.5%, 25%). ECC's were designed with the use of two different fibers and their hybrids. The fibers that used are " High Tenacity Polypropylene Fiber - HTPP" and "Polyvinyl Alcohol (PVA)". The composite contains total 2% by volume of these fibers; It is prepared by using 1.5% - 0.5% and 1%-1%. Digital Image Correlation (DIC) method was used to observe the effects of changes made in composites on crack development.

The polymer emulsion used is of "Styrene Acrylic Rubber (SAR)" origin. The polymer modification supported the lightweight composite production due to the air entraining effect of the polymer, and thanks to the film it formed, it achieved a 28% increase in tensile strength. However, depending on the polymer percentage, a certain increase in the crack-forming capacities of the polymer-modified ECCs and a reduction in higher rates were observed. It has been determined that the polymer film formed in ECC prevents the development of multiple cracks by increasing the resistance of the matrix to cracking after a certain density. To increase the fracture toughness of ECC, 3% by volume granulated glass powder was added to the matrix and the multiple crack behavior of the composite was supported, which increased the average number of cracks by 20%.