Çimento ve mineral katkı maddelerinin ikili, üçlü ve dörtlü kombinasyonlarını içeren beton numunelerinin bazı mekanik ve durabilite özelliklerinin incelenmesi
Investigation of some mechanical and durability properties of concrete samples containing binary, ternary and quaternary combinations of cement and mineral additives
Yazar: İRFAN COŞKUN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL HAKKI ÇAĞATAY
Çukurova Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Dayanıklılık = Durability ; Dayanım = Strength ; Mikroyapı = Microstructure ; Mineral maddeler = Mineral matters ; Sürdürülebilirlik = Sustainability ; Çimento = Cement

Özet:
Bu doktora çalışmasında, portland çimentosu (CEM 1 42,5 R) ile uçucu kül (UK), silis dumanı (SD) ve granüle yüksek fırın cürufu (GYFC) mineral katkı maddelerinin, ikili, üçlü ve dörtlü kombinasyonlarından üretilen farklı tasarımlardaki beton numuneleri 1, 3, 7, 28, 56, 90, 180 ve 360. günlerde basınç, eğilme dayanımı testine tabi tutulmuştur. Tüm karışımlar için su / bağlayıcı oranı 0,5 olacak şekilde sabit tutulmuştur. 
Yürütülen basınç ve eğilme dayanımı test sonuçlarına göre %5 SD+%10 UK+%10 GYFC ve %7,5 SD+%15 UK+%15 GYFC olan karışımların optimum dörtlü kombinasyon olarak kullanılabileceği kanaatine varılmıştır. 
Mekanik deneylerin yapıldığı tüm karışımların 1, 3, 7, 28, 90, 180 ve 360. gündeki basınç ve eğilme dayanımları sonuçları her bir gün için ayrı ayrı karşılaştırılmış ve her gün için sonuçlar arasındaki korelasyon üssel olarak araştırılmıştır. Tüm yaşlar için determinasyon katsayısı (R2) 0,806 ile 0,99 arasında değişmiştir.  Karışım tiplerine göre ikili, üçlü ve dörtlü bağlayıcılı sistemler için basınç dayanımı ve eğilme dayanımı ilişkisi üssel olarak araştırılmıştır. Tüm determinasyon katsayıları (R2) 0,969 ile 0,985 arasında bulunmuştur. Sonuç olarak basınç dayanımı ile eğilme dayanımı arasındaki ilişkinin bağlayıcı tipinden ziyade, kür süresinden daha fazla etkilendiği gözlemlenmiştir.
Bu aşamadan sonra mekanik sonuçlara dayanarak optimum karışım olarak tespit edilen iki farklı reçeteden oluşan dörtlü kombinasyon beton numuneleri ile referans karışım üzerinde durabilite deneyleri yürütülmüştür. Bu kapsamda seçilen iki optimum beton karışımının ve referans beton karışımının MgSO4 çözeltisine direnç, NaSO4 çözeltisine direnç, basınç altında su işleme (permeabilite), klor iyonu difizyonu özellikleri incelenmiştir. Sülfat dirençlerine tayin deneyleri neticesinde numuneler basınç testine, ultrasonik hız testine ve ağırlık kaybı testlerine tabii tutulmuşlardır. Ayrıca bu numunelerin SEM (Scanning Electron Microscophe) ve XRD (X-Ray Diffraction) metodları ile 3, 7, 14, 28, 56, 90, 180 ve 360. günlerdeki iç yapılarının gelişimleri birbirleri ile karşılaştırılmalı olarak incelenmiştir. Yürütülen durabilite deneyleri neticesinde, çimento yerine SD, GYFC, UK gibi mineral katkı ikame edilerek üretilen betonların, sadece CEM 1 42,5 R tipi çimento ile üretilen betonlara kıyasla dayanım özelliklerinin yanında dayanıklılık özelliklerinin de daha güçlü olduğu tespit edilmiştir. Ayrıca mineral katkı ikameli beton karışımlarının daha ekonomik, çevre dostu ve sürdürülebilir olduğu sonuçlarına varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Minarel Katkı, Dayanım, Dürabilite, Mikro Yapı, Sürdürülebilirlik

Abstract:
In this PhD study, concrete samples of different designs produced from binary, ternary and quaternary combinations of portland cement (CEM 1 42,5 R) and fly ash (UK), silica fume (SD) and granulated blast furnace slag (GYFC) mineral additives were subjected to compressive and flexural strength tests at the age of 1st, 3rd, 7th, 28th, 56th, 90th, 180th and 360th days. The water/binder ratio was kept constant as 0,5 for all mixtures. 
According to the results of the conducted compressive and flexural strength tests, it was concluded that the mixtures with 5% SD+10% UK+10% GYFC and 7,5% SD+15% UK+15% GYFC can be used as the optimum quartet combination.
The compressive and flexural strength results of all mixtures in which the mechanical tests were performed on the 1st, 3rd, 7th, 28th, 90th, 180th and 360th days were compared separately for each day and the correlation between the results for each day was investigated exponentially. The coefficient of determination (R2) for all ages ranged from 0,806 to 0,99. The relationship between compressive strength and flexural strength was investigated exponentially for systems with binary, ternary and quaternary binders according to the mixture types. All coefficients of determination (R2) were found between 0,969 and 0,985. As a result, it was observed that the relationship between compressive strength and flexural strength was more affected by the curing time rather than the binder type.
After this stage, durability tests were carried out on the reference mixture with quaternary combination concrete samples consisting of two different recipes, which were determined as the optimum mixture based on the mechanical results. In this context, the resistance to MgSO4 solution, resistance to NaSO4 solution, water treatment under pressure (permeability), and chloride ion diffusion properties of the two optimum concrete mixes and the reference concrete mix were investigated. As a result of the sulphate resistance determination tests, the samples were subjected to pressure test, ultrasonic velocity test and weight loss tests. In addition, the development of the internal structures of these samples on the 3rd, 7th, 14th, 28th, 56th, 90th, 180th and 360th days were examined comparatively with each other by SEM (Scanning Electron Microscope) and XRD (X-Ray Diffraction) methods. As a result of the durability tests carried out, it has been determined that the concretes produced by substituting mineral additives such as SD, GYFC, UK instead of cement have stronger durability properties as well as strength properties compared to the concretes produced with only CEM 1 42,5 R type cement. In addition, it has been concluded that concrete mixtures with mineral additives are more economical, environmentally friendly and sustainable.

Keywords: Mineral additive, Strength, Durability, Micro structure, Sustainability