Sürdürülebilir altyapılar için yeni nesil akıllı çimento bağlayıcılı kompozit malzemelerin geliştirilmesi
Development of new generation smart cementitious composites for sustainable infrastructures
Yazar: GÜRKAN YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Beton malzemesinin özellikle uzun vadede dayanıklı olmasının arzu edildiği durumlarda çatlakların varlığı, üzerinde ciddiyetle durulması gereken bir konudur. Beton, çeşitli dışsal faktörler, sert çevresel şartlar, kötü işçilik gibi birçok sebep sonucunda çatlayabilmekte ve çatlamış beton için sağlam haldeki dürabilite özelliklerinin tam anlamıyla geri kazanılması neredeyse imkansız olmaktadır. Çatlaklar ayrıca temel mekanik özelliklerde de ciddi kayıplara sebep olarak ilerleyen yapısal bozulma ve ayrışmayı tetikleyebilmektedir. Bu durum çoğu zaman, zarar gören yapısal kesitlerin hızlı ve etkin bakım/onarımını gerektirmektedir. Ancak, geleneksel yöntemler kullanılarak gerçekleştirilen tamir işlemlerinin kısa ömürlü olması ve hatta bazı durumlarda yapısal kısıtlamalar sebebiyle bu işlemlerin gerçekleştirilememesi, çatlakların dışarıdan herhangi bir müdahale olmaksızın otojen şekilde kendiliğinden iyileşerek kapanmasını kullanışlı bir tamir yöntemi haline getirmektedir. Kendiliğinden iyileşme, Portland çimentosu bulunduran neredeyse tüm beton çeşitlerinde gözlemlenebiliyor olsa da geleneksel betonlarda çatlak kontrolünün olmayışı ve malzemenin maruz kaldığı ortamın her zaman nemli olmaması gibi çeşitli sebepler kendiliğinden iyileşme etkinliğini önemli ölçüde azaltabilmektedir. Bu bağlamda, tez çalışmaları kapsamında çeşitli puzolanik malzemeler kullanılarak aşırı mekanik yüklemeler altında dahi mikron mertebesinde çatlak oluşturma kabiliyetine sahip tasarlanmış çimento bağlayıcılı kompozit malzemeler üretilmiştir. Kompozit malzemelerdeki mikroçatlakların otojen kendiliğinden iyileşme davranışı literatürde ilk defa gaz geçirimlilik ölçümleri aracılığıyla değerlendirilmiştir. Ayrıca, yeterli ölçüde neme sahip olmayan ortam koşulları altında kendiliğinden iyileşmenin tetiklenebilmesi için suya doygun hafif agregalar aracılığıyla uygulanan içsel kürlemenin etkinliği üzerinde durulmuştur. Son olarak, kompozit malzemelerde otojen kendiliğinden iyileşme davranışının ne kadar tekrarlanabilir ve yaygın olduğunun değerlendirilebilmesi amacıyla çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Kompozit malzemelerin literatürdeki sonuçlara ek olarak deneysel sonuçlarla da doğrulanan üstün otojen kendiliğinden iyileşme kabiliyetinin yapısal dayanıklılık ve sürdürülebilirliğe büyük katkı yapacağı düşünülmektedir.

Abstract:
The presence of cracks is a topic of great interest if the concrete material is desired to be long-lasting. Concrete may easily crack as a result of several factors such as external effects, harsh environmental conditions, poor workmanship and it is almost impossible to retain original durability characteristics in the cracked state. Cracks do not only negatively influence the overall durability but also the basic mechanical properties leading to progressive deterioration followed by structural disintegration. Most of the time, this situation necessitates the fast and effective repair/maintenance of the deteriorated sections in a certain infrastructure. However, since most of the conventional repair applications are often short-lived and the repair application may not be possible in some cases due to structural restrictions, autogenous self-healing of cracks without external interference comes to prominence as a very handy repair technique. Although the self-healing mechanism is available for almost all types of concrete using Portland cement, it may not be very effective due to several reasons such as the lack of cracking control in conventional concrete and inadequate moisture content in the service environment of concrete. In this sense, Engineered Cementitious Composites which are able to generate micro-size cracks even in the presence of excessive mechanical loadings were manufactured using different pozzolanic materials in the scope of the present thesis. Autogenous self-healing taking place in the microcracks of composite materials were evaluated through the gas permeability measurements for the first time in literature. Moreover, in order to trigger the self-healing capability in dry environmental conditions, focus was placed on the effectiveness of internal curing supplied by water-saturated lightweight aggregates. Finally, several studies were undertaken to assess the repeatability and pervasiveness of autogenous self-healing in composite materials. The superior self-healing capability of composite materials confirmed by the outcomes of present thesis in addition to the results available in the current literature is believed to contribute to the structural durability and sustainability of infrastructures significantly.