Nano boyutta modifiye edilmiş yüksek hacimde uçucu kül içeren çimento esaslı kompozitlerin beton onarım malzemesi olarak kullanılması
Using nano modified cement based composites incorporating high volume fly ash as a concrete repair material
Yazar: KENAN TOKLU
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ŞİMŞEK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Alt yapı elemanlarının tekrarlı mekanik ve çevresel yükler altında hasar görmesine veya bozulmasına sık rastlanmaktadır. Bozulan bu yapıların tekrar onarılması, çevresel ve ekonomik açıdan ciddi sorunlar ortaya çıkarmaktadır. Son yıllarda yüksek performanslı lif donatılı çimento esaslı kompozitlerin (YPLDÇK), onarım ve güçlendirme işlerinde başarılı bir şekilde kullanılabileceği gözlemlenmiştir. YPLDÇK' ların üretiminde mikro-mekanik tabanlı tasarım kriterleri nedeni ile yüksek hacimde uçucu kül kullanımı neredeyse bir gereksinim olmaya başlamıştır. Yüksek hacimli uçucu kül içeren YPLDÇK özellikle önemli beton yol vb. gibi betonarme altyapıların onarım işlerinde kullanılabilmesi için erken yaş yüksek dayanıma sahip olması ve aynı anda boyutsal kararlılığının yüksek olması gerekmektedir. Erken yaş yüksek dayanımlı, boyutsal uyumluluk ve yüksek bağ performansı gösteren nano boyutta modifiye edilmiş YPLDÇK karışımlarının geliştirilmesi bu tezin temel amacıdır. Bu amaç doğrultusunda, %0, %55 ve %65 uçucu kül ve %1.5 nano silika, % 1,0 nano alümin ilave edilerek ayrı ayrı hazırlanan karışımlarla YPLDÇK karışımları üretilmiştir. YPLDÇK karışımlarında kullanılacak kimyasal katkı maddesinin oranının belirlenmesinde mini yayılma testi yapılmış olup sertleşmiş numunelerin temel mekanik özellikleri ise eğilmede çekme, basınç dayanımı ve elastisite modülü deneyleri ile belirlenmiştir. Modifiye edilmiş YPLDÇK' nin onarım malzemesi olarak kullanılabilirliği açısından çok önemli bir özellik olan bağ performansı eğik kesme mukavemeti test yöntemiyle saptanmış olup boyutsal stabilite özelliklerinin araştırılması için kısıtlanmış rötre deneyi, dayanıklılık performansı için ise hızlı klor iyonu geçirimliliği deneyi yapılmıştır. Son olarak, deneyler sonrası hazırlanan numuneler üzerinde matris ve lif-matris ara yüz özellikleri mikroyapısal analiz (SEM) yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Sonuç olarak, nano malzemelerin yüksek hacimde uçucu kül içeren karışımlara ikame edilmesiyle harç numunelerinin mekanik ve mikro-yapısında iyileşmelerin olduğu görülmüştür. Ayrıca, karışımlarda kullanılan nano malzemeler, numunelerdeki boşluk miktarlarını azaltarak numunelerin daha geçirimsiz olmasını sağlamışlardır.

Abstract:
Infrastructures are often found to be damaged or deteriorated under repetitive mechanical and environmental loads. The damaged structures which are repaired frequently cause big problems in terms of environment and economy. In recent years, it has been concluded that high performance fiber reinforced cementitious composites (HPFRCC) can be used successfully in repair and strengthening works. The use of high volume fly ash due to micromechanics-based design criteria in the production of HPFRCC has nearly become a requirement. To use of HPFRCC including high volume fly ash for especially important repair works of infrastructure (concrete road etc.) it should possess high strength for early age as well high dimensional stability. The main purpose of the thesis is that nanomodified HPFRCC mixtures will be produced to have high early age strength and durability, high dimensional stability and high connection performance between nanomodified HPFRCC mixtures and concrete that will be repaired. For this purpose, 0 %, 55 %  and 65 %  fly ash and 1.5 % nano silica, 1% nano alumina were added seperately to mixtures to produce HPFRCC. Flow table test for mortar was used to determine the ratio of chemical additives to be used in HPFRCC mixtures. The basic mechanical properties of hardened samples were determined by flexural, compressive strength and elasticity modulus tests. While bond performance of nanomodified HPFRCC, a feature that is very important for repair materials, were be determined by slant shear test, a restricted shrinkage test was conducted to investigate the dimensional stability properties of the hardened samples and a rapid chloride ion permeability test was performed for durability performance. Finally, the matrix and fiber-matrix interface properties of the samples prepared after the experiments were examined by using the microstructural analysis (SEM) method. As a result, improvements in the mechanical and microstructure of the mortar samples were observed by substituting nano materials to mixtures containing high volumes of fly ash. In addition, nano materials used in the mixtures reduced the amount of voids in the samples and allowed the samples to be more impermeable.