Nano malzemeler ile modifiye edilmiş yüksek performanslı hibrid lif donatılı betonlar
High performance hybrid fiber reinforced concretes modified by nano materials
Yazar: SERHAT DEMİRHAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Çok fazlı kompozit bir malzeme olan geleneksel beton gevrek bir yapıya sahiptir. Matristeki bu kusur küçük ve ayrık liflerin matris içerisine homojen bir şekilde dağıtılması ile giderilmiş/iyileştirilmiş ve geleneksel betona hem yüksek süneklik hem de yüksek tokluk kazandırılmıştır. Performanstaki bu iyileştirme iki ya da daha fazla lifin hibritlenmesiyle lif performansını en üst seviyelere çıkaracak şekilde bir sinerji elde edilmiştir. Lif donatılı kompozit malzemenin performansı lif-matris arayüz özelliklerine bağlıdır. Nano malzemeler çok küçük tane boyutu ve çok yüksek özgül yüzey alanına sahip olduğundan yüksek reaktifliğe sahiptir. Lif donatılı betonda kullanıldığında lif-matris arayüz özelliklerinin iyileşmesine ilave olarak pek çok performans özelliklerini de iyileştirmektedir. Buna binaen, tez kapsamında öncelikli olarak nano malzeme kullanılmasıyla hibrid lif donatılı betonların temel mekanik ve dayanıklılık özelliklerinin iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda Su/Çimento oranı 0.3 ve hacimce lif kullanım oranı %2 olacak şekilde 24 karışım üretilmiştir. Üretilen karışımların performanslarının değerlendirilmesi için eğilme, basınç, darbe, kare panel ve donma çözülme testleri yapılmıştır. Sonuç olarak, nano malzemelerin kullanılmasıyla hem erken yaş hem de ileri yaş mekanik ve dayanıklılık özelliklerinde iyileşmeler gözlemlenmiştir. Ayrıca, mikroyapıda ve lif-matris arayüz özelliklerinde meydana gelen iyileşmelere binaen eğilme parametreleri (eğilme dayanımı ve orta açıklık sehimi), darbe ve dayanıklılık özelliklerinde belirgin iyileşmeler elde edilmiştir. Bir de, hem uçucu kül kullanım oranı hem de kullanılan liflerin mekanik ve geometrik özelliklerine bağlı olarak hibrid lif donatılı betonların yukarıda belirtilen performans özellikleri farklı seviyelerde etkilenmiştir.

Abstract:
Conventional concrete, which is a multi-phase composite material, has a brittle structure. This defect in the matrix is enhanced by using small and discrete fibers homogenously distributed into the matrix and as result of this conventional concrete having high ductility and high toughness is obtained. Enhancement in the performance is obtained by hybridization of two or more fibers and this reflects a maximum synergy due to the combined effect of the fibers. The performance of the fiber-reinforced composite material depends on the fiber-matrix interface properties. Nano materials have very small particle size and very high specific surface area and thus have a high reactivity. In addition to improving fiber-matrix interface properties when nano materials are used in fiber reinforced concrete, they also improve many performance features. Therefore, within the scope of this thesis, it is primarily aimed to improve the fundamental mechanical and durability properties of hybrid fiber-reinforced concrete by using nano material. For this purpose, 24 mixtures were produced with a constant w/c ratio of 0.3 and fiber percentage of 2% (by volume). Bending, compressive strength, impact, square panel and freeze-thaw tests were performed to evaluate the performance of the produced mixtures. As a result, improvements were observed in durability and mechanical properties of both early and prolonged age with the use of nano materials. In addition, as a result of improvements in microstructure and fiber-matrix interface properties, significant improvements in flexural parameters (flexural strength and mid-span deflection), impact and durability characteristics have been obtained. Moreover, depending on Fly ash/Portland cement ratio and fiber types (which have different mechanical and geometric properties) above-mentioned performance characteristics of hybrid fiber reinforced concrete were affected at different levels.