Farklı kür koşullarında çelik lif katkılı çimento esaslı grout harçların mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi
An investigation of mechanical and durability properties of steel fiber reinforced cement-based grouts in different curing conditions
Yazar: MUSA CAN KARAKAŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERKAN KANTAR
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Bu tez, farklı kürleme koşullarında çelik lif ilaveli çimento esaslı grout harçların mekanik ve dayanıklılık özellikleri üzerindeki etkisini araştırmak için tasarlanmış deneysel bir programın sonuçlarını sunmaktadır. Bu çalışmada iki tip grout kullanılmıştır: ilk olarak yapısal uygulamalarda yaygın olarak kullanılan patentli bir grout, ardından geleneksel malzemelerden üretilen alternatif bir grout harç karışımı tasarlanmıştır. 

Grout harçları makinelerin taban plakaları, prefabrik yapılarda, prekast köprü tabliyesinde, çift katlı tünel kaplamalarında, açık deniz rüzgar türbilerinde, betonun iyileştirilmesi ve onarılması gibi farklı alanlarda farklı amaçlar için kullanılmaktadır. Özellikle deniz yapıları, uzun vadeli düşünüldüğünde dayanıklılık özellikleri açısından kimyasal ve çevresel saldırılardan etkilenir. Bunun gibi uygulamalarda, grout malzemelerinin kürlenmesi oldukça önemli bir işlemdir. Hidratasyon reaksiyonunun kürlemeden etkilendiği de bilinmektedir. Çimento esaslı malzemelerin sürekli hidratasyonunu sağlamak ve sonunda dayanım ve dayanıklılık kazanmak için uygun kürleme gerekir.

Kür koşulları incelendiğinde, en iyi dayanım ve dayanıklılık özelliklerini sağlayan ıslak kaplama koşulu olmuştur. Sürekli su kürü, ıslak kaplamadan daha az, kürleme bileşiği koşulundan daha fazladır. Hava kürü koşulu diğerlerinden daha çok olumsuz sonuçlar vermiştir. Kür malzemesi, inşaat endüstrisinde uygun kürlenme eksikliği, belirli alanlarda su eksikliği nedeniyle karşılaşılan birçok sorunun cevabıdır ve su kıtlığının büyük bir sorun olduğu çöl bölgelerinde geleneksel kür çimento esaslı harçlara bir alternatiftir. Kür malzemesi (bileşiği), kür masraflarını ortadan kaldırdığı için daha ekonomiktir. Sprey uygulaması işçilik maliyetlerini düşürür, alternatif kür sistemlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Taze grout harcın özelliklerini araştırmak için kontrol grout harcı ve mikro çelik lif ilaveleri ile karıştırıldıktan sonra yayılma tablası ve terleme testleri uygulanmıştır. Çelik lifler grout harçların taze hal performansını olumsuz etkilemiştir.

Grout numuneleri yerleştirildikten ve kalıptan çıkarıldıktan sonra test günlerine kadar, dört farklı kür koşuluna maruz bırakılmıştır: Bunlar, sırasıyla, 20 oC±3'te su küründe (en az %95 bağıl nem); ıslak telis bezi ve polietilen levha ile kaplama; kür malzemesi uygulaması, laboratuvar koşullarında tutulan hava kurusu kür koşullarıdır. Hazır ve tasarlanmış grout harçları kontrol grout harcı olarak hazırlanmış olup, grout harç karışımına sırasıyla %1, %1,5, %2 gibi farklı hacim oranlarında mikro çelik lifler eklenmiştir. Mekanik özelliklerini araştırmak için numunelerin 1, 7, ve 28. kür yaşlarında eğilme dayanımı, eğilme sonrası basınç dayanımını belirlemek için 4*4*16 cm boyutlarında prizma numuneleri hazırlanmıştır. Mikro çelik lif kullanımı genel olarak mekanik özellikleri iyileştirmiştir.

5*5*5 cm boyutlarında küp numuneler de hazırlanmış ve 28 günlük numuneler kimyasal dirençlerini belirlemek için farklı asit ortamlarına daldırılmıştır. Daha sonra grout numunelerin 1, 2, 4 ve 8 haftalık iken kütle değişimi, asit ortamı öncesi ve sonrası nihai basınç dayanımı takip edilmiştir. Prizma grout numunelerine çevresel etkileri incelemek için standartlara göre donma-çözülme testi uygulanmıştır.  28 günlük prizma grout numunelerine kılcal su emme testi uygulanmıştır. Mevcut test sonuçları, mikro çelik lif ilaveli grout harçların üstün dayanıklılık özelliklerine sahip olduğunu doğrulamıştır.

Bu çalışmalarda elde edilen sonuçlarına göre, çelik lif katkı maddelerinin optimum dozajı belirlenerek ve farklı kür koşulları analiz edilerek çimento esaslı grout harçların mekanik ve durabilite özellikleri iyileştirilmiştir.

Abstract:
This thesis presents the results of an experimental program designed to investigate the influence of steel fibre reinforced cement based grouts in different curing conditions on mechanical and durability properties. Two types of grout were used in this study: firstly a proprietary grout commonly used in structural applications, followed by an alternative grout mix produced from conventional materials was designed.

Grout mortars are used for different purposes in different areas such as base plates of machines, prefabricated structures, precast bridge decks, double-deck tunnel linings, offshore wind turbines, concrete improvement and repair. Especially in marine structures are affected by chemical and environmental attacks in aspect of durability properties when long term is considered. Like this applications, curing of grout materials is highly significant process. It is also known that hydration reaction is impacted by curing. In order to continuous hydration of cementitious materials and eventually to gain strength and durabillity needs proper curing. When the curing conditions were examined, it was the wet covering condition that provided the best strength and durability properties. Continuous water curing is less rather than wet covering,  more than curing compound condition. Air curing condition gived negative results rather than others. Curing compound is the answer to the many problems faced in construction industries due to lack of proper curing, lack of water in certain areas and it is an alternative to conventional curing cement based grout in desert regions where scarcity of water is a major problem. Curing compound is more economical because it eliminates the curing charges. Spray application reduces labor costs, eliminates the need for alternative curing systems. 

Flow table and bleeding tests had be applied after mixing grout control and with micro steel fibre additions to investigate fresh properties. Steel fibers affected fresh state performance adversely and this negative effect. 

After placing and demolding of specimens, they were be exposed four different curing conditions until the ages of test the specimens: These are immersion in water curing at 20 oC±3, no less than 95% RH; covering with wet burlap and polythene sheet; curing compound apply, keeping under laboratory conditions; respectively. Prepackaged and designed grouts were be prepared as control grout and micro steel fibres were incorporated into the grout mix at different volume fractions, which are 1%, %1,5, 2%, respectively. 4*4*16 cm sized prism specimens were prepared to determine flexural strength, compressive strength after the flexural and modulus of elasticity at the 1st, 7th, 28th curing ages of the specimens to investigate mechanical properties. Micro steel fiber usage generally improved mechanical properties.

5*5*5 cm sized cube specimens were also prepared and in order to determine chemical resistance, the specimens were immersed different acid environments after 28 curing ages of the specimens. After that, mass change of grout cubes were followed at 1, 2, 4, and 8 weeks of age and residual compressive strength before and after acidic environment. The prism grout specimens were applied freze-thaw test according to standarts for examining environmental affects. Prism grout specimens after 28 curing ages were applied capillary water absorption test.  The present test results verified that the micro steel fiber reinforced grouts had superior durability characteristics.
According to the results which obtaine in these studies, mechanical and durability properties of cement based grouts were improved by determining optimum dosage of steel fiber additives and by analyzing different curing conditions.