Mikrokapsüllenmiş faz değiştiren malzemeleri içeren yüksek performanslı çimento esaslı nanokompozitlerin mekanik ve termal davranışları
Mechani̇cal and thermal responces of hi̇gh performancecement-based nanocomposi̇tes contai̇ni̇ng mi̇croencapsulatedphase change materi̇als
Yazar: PINAR YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. SAVAŞ ERDEM ; PROF. DR. MÜCTEBA UYSAL
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / İnşaat Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Faz değişimi = Phase change ; Fraktal analiz = Fractal analysis ; Grafen oksit = Graphene oxide ; Mekanik davranış = Mechanical behavior ; Çimento esaslı kompozit = Cementitious composite

Özet:
Bu doktora tez çalışmasında; enerji tüketimine sağladıkları katkıdan faydalanabilmek için, termal enerji depolamada kullanılan Faz Değiştiren Malzemelerin (FDM) yapıda beton içerisinde kullanıldığı uygulamalarda, betonun mekanik özellikleri üzerindeki olumsuz etkilerinin iyileştirildiği yeni bir çimento esaslı kompozit geliştirmek amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik olarak, farklı oranlarda mikrokapsüllü FDM (mFDM) içeren çimento esaslı kompozit numuneler üretilerek basınç dayanımı, eğilme dayanımı, eksenel çekme dayanımı değerleri belirlenmiştir. Mekanik özelliklerdeki düşüş miktarları belirlendikten sonra bu düşüşün önüne geçebilmek amacıyla her bir karışım içerisinde aynı oranda nanografenoksit (NGO) takviyesi yapılarak deneyler tekrarlanmıştır. Ayrıca numunelerin özgül ısı kapasitesi ve termal iletkenlikleri belirlenmiştir. Bunun yanı sıra tez kapsamında numunelerin mikro yapısının belirlenmesine yönelik SEM ve EDS analizleri, beton petrografisi, cıvalı porozimetre deneyi ile gözeneklilik tayini ve fraktal analizi yapılmıştır. Üretilen kompozit malzemelerin çevresel etki ve maliyet değerlendirmeleri de yapılmıştır. Sonuç olarak, NGO'ların, mFDM içeren çimento esaslı kompozitlerin mekanik ve termal özelliklerini iyileştirdiği belirlenmiştir. Çevresel etki değerlendirmesi FDM'lerin kullanımıyla birlikte üretimden kaynaklanan CO2 emisyonlarını arttırsa da, çimentodan kaynaklanan CO2 emisyonları azalacağından NGO'ların eklenmesinin yaşam döngüsüne olumlu katkı sağlayacağı belirlenmiştir. Bu sonuçlar, NGO takviyeli bu yeni çimento esaslı kompozit malzemenin, yapılarda enerji tasarrufu ve uzun vadeli dayanıklılığın entegrasyonu ile çevre dostu binalar için büyük bir potansiyele sahip olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this doctoral thesis study; In order to benefit from their contribution to energy consumption, it is aimed to develop a new cement-based composite that improves the negative effects of Phase Change Materials (PCM), which are used in thermal energy storage, on the mechanical properties of concrete in applications where they are used in concrete in the structure. For this purpose, cement-based composite samples containing different amounts of microencapsulated PCM (mPCM) were produced and compressive strength, flexural strength and axial tensile strength values were determined. After determining the decrease in mechanical properties, the experiments were repeated by adding the same amount of nanographeneoxide (NGO) to each mixture in order to prevent this decrease. Additionally, the specific heat capacity and thermal conductivity of the samples were determined. In addition, within the scope of the thesis, SEM and EDS analyses, concrete petrography, porosity determination with mercury porosimetry test, and fractal analysis were carried out to determine the microstructure of the samples. Environmental impact and cost evaluations of the produced composite materials were also made. As a result, it was determined that NGOs improved the mechanical and thermal properties of cement-based composites containing mPCM. Environmental impact assessment determined that although the use of PCMs increases CO2 emissions from production, the addition of NGOs will make a positive contribution to the life cycle, as CO2 emissions from cement will decrease. These results show that this new cement-based composite material reinforced with NGOs has great potential for environmentally friendly buildings with the integration of energy savings and long-term durability in structures.