Ferrokrom atıkları ile üretilen geri dönüştürülmüş lif takviyeli yeşil reaktif pudra betonlarının balistik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of ballistic properties of recycled fiber reinforced green reactive powder concretes produced with ferrochrome wastes
Yazar: İBRAHİM ATLI
Danışman: PROF. DR. METİN İPEK
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Reaktif Pudra Betonu (RPC) yüksek dayanımlı, özel yapılarda kullanılan ve kullanımı gün geçtikçe artan yüksek maliyetli yeni nesil bir betondur. Bu çalışmada, RPC'lerde kullanılan yüksek mukavemetli ve maliyetli agregalar yerine, ferrokrom üretiminde açığa çıkan atık malzemeler kullanılmıştır. Ayrıca RPC'de mikro boyutlu çelik endüstriyel liflerin yerine ömrünü tamamlamış otomobil lastiklerinden (ÖTL) mekanik olarak elde edilen mikro boyutlu atık çelik liflerin kullanılabilirliği araştırılmıştır. Böylece bünyesinde bağlayıcı madde ve kimyasal katkı maddeleri dışında diğer tüm malzemelerin atık malzemeler kullanılarak elde edilmiş çevreci özelliğe sahip reaktif pudra betonu (GRPC) geliştirilmiştir. Bu da atıkların bertaraf edilmesi ve maliyet açısından geleneksel RPB'nin daha ekonomik GRPB elde edilmiştir. İlk aşamada, lifsiz RPC'de, ferrokrom atıkları kullanılarak fiziksel ve mekaniksel özellikleri incelenmiş ve optimum karışım oranı belirlenmiştir. İkinci aşamada, farklı oranlarda çelik endüstriyel lifi ve çelik ÖTL lifi kullanılmıştır. Son aşamada, GRPC ile betonarme ve zırh çeliği içeren blok numuneler üretilmiş ve balistik özellikler incelenmiştir. Sonuç olarak, en iyi agrega ikame oranının, %70 ferrokrom cürufu (F) ve %30 Olivin (O) olduğu belirlenmiştir. Bu atık agregalar kullanılarak elde edilen RPC numunelerinin basınç dayanım değeri, referansa numuneye göre değeri %15 oranında artış göstermiş ve maliyeti %35,5 oranında azaldığı görülmüştür. Optimum karışıma, aynı oranda çelik endüstriyel lifi ve çelik ÖTL lifi hacimce %4 oranında ilave edilmiştir. ÖTL lifinin karmaşık bir yapıya sahip olması, matris ile lif arasındaki aderansa ciddi avantaj sağlamış ve çelik endüstriyel life göre basınç dayanım ve eğilme dayanımında ciddi şekilde artış sağlamıştır. Karışımda en yüksek eğilme dayanım değeri %4 ÖTL lifinde elde edilmiş ve endüstriyel lifli numuneye göre %11 dayanım değeri daha yüksek olduğu, maliyetin ise %41 oranında düşmüştür. GRPC'nin balistik özellikleri yüksek hıza sahip olan tank mermisi ile test edilmiştir. Merminin numuneye giriş ve çıkış hızı sırasıyla 1434 m/sn ve 144 m/sn ölçülmüştür. Numunenin ciddi oranda merminin kinetik enerjisini sönümlediği görülmüştür. Böylece atık malzemelerden elde edilen GRPC'nin balistik etkilere karşı özel yapılarda kullanılabileceği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Reaktif Pudra Betonu, Ferrokrom cürüfu, Olivin, ÖTL, Balistik

Abstract:
Reactive Powder Concrete (RPC) is a high-strength, high-cost new generation concrete used in special structures and increasingly used. In this study, waste materials released in ferrochrome production were used instead of high-strength and costly aggregates used in RPCs. In addition, the usability of micro-sized waste steel fibers obtained mechanically from end-of-life automobile tires (OTL) instead of micro-sized industrial steel fibers in RPC was investigated. Thus, reactive powder concrete (GRPC) with environmentally friendly properties was developed, which was obtained by using waste materials other than binders and chemical additives. This resulted in more economical GRPB than traditional RPB in terms of waste disposal and cost. In the first stage, the physical and mechanical properties of fiber-free RPC were examined using ferrochrome wastes and the optimum mixing ratio was determined. In the second stage, steel industrial fiber and steel STL fiber were used in different proportions. In the last stage, block samples containing reinforced concrete and armor steel were produced with GRPC and ballistic properties were examined. As a result, it was determined that the best aggregate replacement ratio was 70% ferrochrome slag (F) and 30% olivine (O). It was observed that the compressive strength value of the RPC samples obtained using these waste aggregates increased by 15% compared to the reference sample and the cost decreased by 35.5%. The same amount of steel industrial fiber and steel STL fiber were added to the optimum mixture at a rate of 4% by volume. The complex structure of the STL fiber provided a serious advantage to the adhesion between the matrix and the fiber and provided a serious increase in compressive strength and bending strength compared to the steel industrial fiber. The highest bending strength value in the mixture was obtained with 4% STL fiber and the strength value was 11% higher than the industrial fiber sample and the cost decreased by 41%. The ballistic properties of GRPC were tested with a high-speed tank projectile. The projectile's entry and exit speed into the sample were measured as 1434 m/s and 144 m/s, respectively. It was observed that the sample significantly damped the kinetic energy of the projectile. Thus, it was seen that GRPC obtained from waste materials could be used in special structures against ballistic effects.

Keywords: Reactive Powder Concrete, Ferrochrome Slag, Olivine, ELT, Ballis