Yapı sağlığının izlenmesi için çimento esaslı birim şekil değiştirme ölçerin geliştirilmesi
Development of cement based strain sensor for structural health monitoring
Yazar: ÖZGÜN İLKİM KOÇYİĞİT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EGEMEN TEOMETE
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Depremler, malzeme bozulmaları, çevresel etkiler ve kullanım hataları yapıların güvenliğini olumsuz yönde etkiler. Yapı sağlığının izlenmesi insan hayatı için çok önemlidir. Bu amaçla kullanılan tipik metal birim şekil değiştirme ölçerler (gerinim pulu) yapı elemanlarının yüzeyinden ölçüm almaktadır. Gerinim pulları ile yapı elemanının içinden ölçüm yapmak çok zor ve yüksek hata olasılığı içermektedir. Narin yapıları gereği gerinim pullarının kullanım ömürleri kısadır. Bu yüzden fazla miktarda kullanılmaları gerekir bu da yapı güvenliğinin gözlenmesi için ciddi maliyetler oluşturur.
Bu çalışmada 1 lifsiz, 10 çelik lifli ve 20 karbon lifli olmak üzere toplamda 31 farklı karışım tasarlanmıştır. Her karışım farklı lif boyları ve hacimsel içerik oranlarına sahiptir. Çalışmada her karışıma basınç ve yarmada çekme testleri uygulanmıştır. Her karışımdan iki deney için de 3'er adet 5 cm ebatlarında küp numuneler hazırlanmıştır. Toplamda 186 adet numune dökülüp mekanik test yapılmıştır.
Yapılan testler ile elektriksel direncin birim şekil değiştirme etkisiyle oluşan değişimi incelenmiştir. Birim şekil değiştirmeye en duyarlı karışım çimento esaslı sensör (ÇES) olarak önerilmiştir. ÇES'in duyarlılık, doğrusallık, limit birim şekil değiştirme gibi sensör özellikleri belirlenmiştir. Basınç ve yarmada çekme testlerinde numune içinde oluşan mekanizmalar aydınlatılmıştır.
ÇES metal gerinim pullarına göre birim şekil değiştirmeye 22 kat daha duyarlıdır. ÇES beton içine kolayca yerleştirilebilme özelliği ve kendisinin de çimento esaslı oluşu sayesinde yapı elemanının içinden de anlık ya da sürekli olarak yüksek hassasiyet ve düşük hata ile ölçüm alabilmektedir. Betonun içinde oluşu sebebiyle çevresel olumsuz etkilerden metal gerinim pullarına göre daha az etkilenmektedir. Bu da uzun süre kullanım ömrü ve maliyet avantajları oluşturmaktadır. Uzun kullanım ömrü ve düşük maliyeti sayesinde ÇES yapı sağlığının izlenmesini yaygınlaştıracak ve depremlerde can ve mal kayıpları azalacaktır.

Abstract:
Earthquaqes, material degradations, environmental effects and user blames affect structural safety negatively. Health monitoring is crucial for human life safety. Typical metal strain gages used for this purpose, measure from the surface of structure. Measurement inside of the structural member with metal straingages is challenging and might contains error probability. Standart strain gages have short life time because of delicacy. Therefore big amounts are needed to monitor the structure which brings high costs.
In this study 31 different mixes designed, 10 contain steel fibers, 20 contain carbon fibers and 1 mix contains no fiber. Every mixture has different fiber lenght and volumetric ingredient ratios. All mixes were tested with compression and split tensile tests. Tree 5 cm cubic samples were molded from every mix design for both mechanical tests. In totaly 186 samples were molded and tested.
Through mechanical tests, change in electrical resistivity of cement based strain sensor (CBS) due to strain was investigated. Mixture that the most sensitive to strain is offered as CBS. Sensor properties of CBS which sensitivity, linearity, limit strain as characteristic values were determined. Mechanisms inside the sample matrix were enlightened under compression and split tensile test.
CBS is 22 times more sensitive to strain than typical metal strain gages. As a cement based material CBS can be position easly in concrete structural member. By means of this advantage CBS can measure from inside of structural member by high precision and low error. Due to being in conrete CBS is less affected than metal strain gages from environmental negative influences. This property makes CBS advantageous about life time and cost issues. With long life time and low costs CBS will generalize structural health monitoring and decrease loss of life and property.