Kükürt ve kükürt polimer betonların mekanik ve dayanıklılık özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical and durability properties of sulfur and sulfur polymer concrete
Yazar: ONUR ÖZTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ADNAN ÖNER
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Bitüm = Bitumen ; Dayanıklılık = Durability ; Kükürt = Sulfur

Özet:
Bu çalışmada, petrol endüstrisinden elde edilen kükürt kullanılarak hazırlanan kükürt (KB) ve kükürt polimer betonların (KPB) mekanik ve dayanıklılık özelliklerinin incelenmesi amaçlanmaktadır.
Deneysel çalışmalar; kükürt modifikasyonunun, karışım oranlarının, mekanik özelliklerin ve dayanıklılık özelliklerinin belirlenmesini amaçlayan dört adımdan oluşmaktadır. İlk olarak kükürtün, petrol endüstrisinden temin edilen bitüm kullanılarak modifiye edilmesi amaçlandı. Saf kükürt içerisine ağırlıkça %2,5, %5 ve %7,5 oranlarında bitüm ilave edilerek içyapıdaki değişim polarize optik mikroskop (POM), diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), x-ışını kristalografisi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) deneyleri ile incelendi. Saf kükürtün modifikasyonu için gerekli bitüm oranının %2,5 olduğu bulundu. KPB'ler için en uygun karışım oranları mekanik özellikler göz önünde bulundurularak saf kükürt: modifiye kükürt: uçucu kül: doğal kum: kırmataş ağırlıkça oranları sırasıyla %33,95: %1,05: %35: %15: %15 olarak belirlendi. Karışım oranları belirlenen KPB numuneleri üzerinde taze beton özellikleri, basınç dayanımı, eğilme dayanımı, elastisite modülü ve Poisson oranı deneyleri gerçekleştirildi. Aynı zamanda KPB'lerin dayanıklılık özelliklerinin belirlenmesi amacıyla aşınma (böhme), basınç altında su işleme derinliği ve donma-çözülme deneyleri yapıldı. Numunelerin 0, 150, 300, 450, 600 ve 1200 donma-çözülme çevrimi sonrasında basınç dayanımları, ağırlık değişimleri, ultrasonik hızları ve bağıl dinamik elastisite modülü değerlerindeki değişimler belirlendi.
Deneylerden elde edilen değerler Portland çimento beton (PÇB) numunelerinden elde edilen değerler ile karşılaştırıldı. Deney sonuçları incelendiğinde KB ve KPB'lerin erken dayanımlarının daha yüksek ve priz sürelerinin daha kısa olduğu görüldü. KPB ve KB'lerin PÇB'lere göre daha az böhme aşınma kaybı gösterdiği belirlenirken KPB'lerin KB ve PÇB'lere göre daha düşük su geçirimliliği ve donma-çözülme etkisine karşı önemli ölçüde yüksek direnç gösterdiği belirlendi.

Abstract:
In this study, it is aimed to investigate the mechanical and durability properties of sulfur (KB) and sulfur polymer concrete (KPB) prepared by using by-product sulfur obtained from petroleum industry.
Experimental studies consist of four steps targeted at determining sulfur modification, mixing ratios, mechanical properties and durability properties. Primarily, it is aimed to modify the sulfur using bitumen obtained from the petroleum industry. 2.5%, 5% and 7.5% by weight of bitumen were added to pure sulfur and the change in the microstructure was investigated by polarized optical microscope (POM), differential scanning calorimetry (DSC), x-ray crystallography (XRD) and scanning electron microscope (SEM). The bitumen content required for the modification of pure sulfur was determined as 2.5%. The mixing ratios for KPBs were determined as %33.95: %1.05: %35: %15: %15 by weight of pure sulfur: modified sulfur: fly ash: natural sand: crushed stone, taking into account mechanical properties. Fresh concrete properties, compressive strength, flexural strength, modulus of elasticity and poisson ratio tests were carried out on KPB samples whose mixing ratios were determined. However, abrasion (böhme), depth of penetration of water under pressure and freeze-thaw tests were performed to determine durability properties of KPBs. Changes in compressive strengths, weight changes, ultrasonic velocities and relative dynamic modulus of elasticity values were determined after the samples exposed to 0, 150, 300, 450, 600 and 1200 freeze-thaw cycles of the samples.
The values obtained from the experimental studies were compared with the values obtained from the Portland cement concrete (PÇB) samples. The test results were examined, it was seen that KB and KPB have higher early strengths and shorter setting time. It was found that KB and KPBs demonstrated less böhme abrasion loss than PÇB, whereas KPBs exhibited lower water permeability and significantly higher resistance to freeze-thaw cycles than KB and PÇB.