Hasarlarını kendiliğinden algılama ve iyileştirme kabiliyetine sahip çok fonksiyonlu çimento bağlayıcılı kompozitler
Multifunctional cementitious composites capable of self-sensing and self-healing of damages
Yazar: ADEM AFŞIN ULU
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Tasarlanmış çimento bağlayıcılı kompozitlere (ECC) nano (karbon nano tüp [KNT]) ve mikro (karbon fiber lif [KF]) ölçekte karbon esaslı malzeme ilavesi ile kendiliğinden iyileşme ve kendini algılama özelliklerinin birlikte değerlendirildiği çok fonksiyonlu akıllı çimento esaslı kompozitlerin geliştirilmesi tez çalışmasının temel amacıdır. Geliştirilen kompozitlerin kendiliğinden iyileşme ve kendini algılama özelliklerinin gerçekçi ortam koşullarında ve uzun dönemlerde sürdürülebilirliğinin incelenmesi adına sürekli su ve ıslanma kuruma kürünün kısa ve uzun dönemdeki etkileri tez çalışması kapsamında incelenmiştir. Ayrıca karbon esaslı malzeme kullanılarak oluşturulan kompozitlerde yüksek ve düşük kızdırma kaybına sahip uçucu küllerin farklı oranlarda (uçucu kül / portland çimentosu: 1,2; 2,2) ikamesinin karışımların kendiliğinden iyileşme ve kendini algılama özelliklerine etkisi değerlendirilmiştir. Karbon esaslı malzeme içeren karışımlarla karşılaştırma yapmak amacıyla karbon esaslı malzeme içermeyen kontrol karışımları da hazırlanmıştır. Kendiliğinden iyileşme testleri hasarsız (sağlam) ve çatlaklı (ön yüklenmiş) numuneler üzerinde hızlı klor iyonu geçirimlilik testi, elektriksel direnç testleri ile gerçekleştirilmiştir. Karbon esaslı kompozitlerin mekanik özellikleri, basınç ve eğilme testleri ile değerlendirilmiş, ön yükleme yapılarak çatlatılmış ve belirtilen kür koşullarında iyileştirilmiş numunelerle mukayese edilmiştir. Numunelere ait çatlaklar video mikroskop aracılığıyla takip edilerek her bir karışıma ait çatlak kapanma performansları analiz edilmiştir. Bunun yanında kendiliğinden iyileşme/algılama yeteneğine sahip numunelerin mikro yapılarını irdelemek adına SEM/EDX, TGA ve XRD testleri yapılarak her bir karışım ayrı ayrı karakterize edilmiştir. Çalışma sonuçlarına göre genel olarak, karbon esaslı malzeme içeren numunelerin basınç ve eğilme dayanımlarında yer yer kontrol numunelerine kıyasla düşüşler yaşanmış, ancak elektriksel direnç testlerinde hasar karşısında kendini algılama performansı (özellikle KNT) üst seviyede bulunmuştur. Bunun yanında genel olarak ön yüklenmiş numunelerde, karışım ve kür koşullarından bağımsız olarak çatlaklarda iyileşmenin belirgin olduğu görülmüştür.

Abstract:
The main purpose of the thesis is the development of multi-functional smart cement-based composites, in which self-healing and self-sensing properties are evaluated together with the addition of nano (carbon nano tube [CNT]) and micro-scale (carbon fiber [CF]) carbon-based materials to Engineered Cementitious Composites (ECC). In order to examine the self-healing and self-sensing properties of the developed composites under realistic environmental conditions and long-term sustainability, the short and long term effects of continuous water and wetting drying cure were examined within the scope of the thesis study. In addition, the effect of substitution of fly ashes with high and low ignition loss at different rates (fly ash / portland cement: 1,2; 2,2) in composites formed using carbon-based materials on the self-healing and self-sensing properties of the mixtures was evaluated. Control mixes without carbon based material were also prepared for comparison with mixtures containing carbon-based material. Self-healing tests were performed on undamaged (sound) and cracked (pre-loaded) samples by Rapid Chloride Permeability Test and electrical resistance tests. The mechanical properties of carbon-based composites were evaluated by compression and flexural tests, and compared with samples that were cracked by preloading and improved under specified curing conditions. Cracks belonging to the samples were followed by video microscope and the crack closing performances of each mixture were analyzed. In addition, SEM / EDX, TGA and XRD tests were performed in order to examine the microstructure of samples with self-healing / sensing capabilities, and each mixture was characterized separately. According to the results of the study, in general, the compressive and flexural strength of the samples containing carbon-based material sometimes decreased compared to the control samples, but the self-sensing performance (especially CNT) was found at a high level in electrical resistance tests. In addition, it was observed that the improvement in the cracks was pronounced in the preloaded samples, regardless of the mixing and curing conditions.