Bazalt lifli çimento esaslı kompozitlerin yapısal olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi
Investigation of structurally usability of cement based composites with basalt fiber
Yazar: ŞÜKRÜ ÖZKAN
Danışman: PROF. DR. FUAT DEMİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Tasarlanmış çimento esaslı kompozitler (TÇEK), lif katkılı ultra düktil çimento esaslı malzemelerdir. TÇEK'ler yüksek çekme düktilitesi ve dar çatlak genişliği kontrolü ile nitelendirilir. Mükemmel performansı sayesinde TÇEK, yükleme kapasitesini ve yapıların dayanıklılığını artırmak için geniş uygulama alanlarında ortaya çıkmaktadır. Fakat diğer taraftan TÇEK boyutsal stabilite, ekonomiklik, sürdürülebilirlik noktalarında bir sınırlama ile karşı karşıyadır.
TÇEK'ler çeşitli polimerik lifler (Polivinil alkol, polietilen, polipropilen vb.) kullanılarak üretilen çimento esaslı yapı malzemeleridir. Bu kompozitlerde uygun lif ve matris seçimi yapılarak ve lif-matris arası aderans etkileşimi optimize edilerek yük gerilmesi altında yüksek birim şekil değiştirme değerlerine ulaşılabilmektedir. Söz konusu şekil değiştirme, kompozitte eğilme gerilmesine dik yönde çok sayıda kararlı çatlak oluşumu (çoklu çatlak davranışı) ile meydana gelmektedir. Lif ve matris seçiminin yanında, liflerin matris bünyesindeki rastgele dağılımı ve kompozitin boşluk yapısı da çoklu çatlak davranışının yüksek şekil değiştirme değerlerine ulaşana dek devam etmesini sağlayacak parametrelerdir. Bu kapsamda çimento esaslı matriste enerji tüketim kapasitesini artırmak üzere mikron altı çatlakların köprülenmesini sağlamak amacı ile bu çalışmada standart TÇEK karışımlarında kullanılan PVA lifleri yerine farklı boylarda bazalt lifler kullanılarak TÇEK numuneleri hazırlanmıştır. Bu sayede üstün fiziksel özellikleri, geniş hammadde tabanı, düşük üretim maliyeti olan bazalt liflerin karışımlarda kullanımı ile TÇEK'lerin PVA liften kaynaklanan maliyetinin azaltılması ve akış, mekanik, dayanıklılık özelliklerinin geliştirilmesi hedeflenmiştir. Ayrıca, önemli ölçüde uçucu kül gibi endüstriyel atıkların mineral katkı olarak kullanımı ile çimento üretimi için kullanılan doğal hammadde ve enerji tüketiminden tasarruf edilmesi amaçlanmıştır. Deneysel sonuçlar, PVA lifli referans TÇEK ile karşılaştırıldığında bazı bazalt lifli TÇEK numunelerde (ağırlıkça %4, 4.5, 5, 5.5, 6 bazalt lifli) referans karışıma yaklaşık eğilme ve basınç dayanımı verileri elde edildiğini göstermiştir. Test sonuçlarından, kullanılan bazalt lif miktarı artırılarak üretilen TÇEK'lerin eğilme, basınç ve çekme dayanımı kapasitelerinin geliştirilebileceği görülmüştür. Ayrıca TÇEK'lerde BL kullanılmasıyla boyutsal stabilite özelliğinde iyileşmeler elde edilmiştir.

Abstract:
Engineered cementitious composites (ECCs) are fiber reinforced ultra ductile cement based materials. They are characterized with high tensile ductility and narrow crack width control. By means of their excellent performance values, ECCs are emerging in a wide range of applications to improve loading capacity and durability of the structures. But, on the other hand, ECCs are faced with a limit on dimensional stability, affordability, and sustainability issues. 
ECCs are cement based building materials produced using various polymeric fibers (Polyvinyl alcohol, polyethylene, polypropylene, etc.). In these composites, by making the appropriate choice of fiber and matrix materials and by optimizing the interaction between fiber-matrix adhesions, high strain values can be produced under tensile load. Deformation in the composite occurs with a large number of stable crack formation in the direction perpendicular to the bending stresses (multi- crack behavior). Besides the selection of the fiber and matrix materials, the random distribution of the fibers in the matrix structure and the porous structure of composites are other parameters that will ensure the continuation of multiple cracks formation until it reaches to the high deformation values. In this regard, within the context of this study, ECC samples were prepared by using basalt fibers instead of PVA fibers used in reference ECC mixture, to increase the energy dissipation capacity in the cementitious matrix and to ensure the bridging of submicron cracks. In this respect, basalt fibers are used in mixtures due to its superior physical properties, large raw material base and low production cost, for the purpose of improving the flow, mechanical and durability properties of ECCs and to reduce the cost of ECCs stem from PVA fiber. It is also aimed to save natural raw materials and energy consumption used for cement production by using industrial wastes such as fly ash for mineral additive. Experimental results show that when compared with the reference ECC, approximate flexural strength and compressive strength values were obtained in ECC samples with some basalt fiber (% by weight of 4%, 4.5, 5, 5.5, 6 basalt fiber).
According to the test results, it was concluded that flexural, compressive strength and tensile strength capacities of TÇEKs has been developed by increasing the amount of basalt fiber in the composite mixture. In addition, improvement of dimensional stability property was obtained by using basalt fibers in TÇEKs.