Beton elemanların yapısal sağlık izlemesi için geliştirilen çimento esaslı sensörlerin kendiliğinden algılama kapasitelerinin araştırılması
Investigation of self-sensing capacities of cement-based sensors developed for structural health monitoring of concrete elements
Yazar: SALAM ARMOOSH
Danışman: DOÇ. DR. MERAL OLTULU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada karbon fiber, nano nikel tozu ve çok duvarlı karbon nanotüp (MWCNT) içeren çimentolu kompozitlerin sensör olarak Yapısal Sağlık İzlemesinde kullanımı incelenmiştir.
Yöntem: Bu çalışma başlıca dört kısımdan oluşmaktadır. Birinci kısım, literatüre dayalı olarak iletken malzemelerin homojen dağılımını sağlamak için çeşitli karıştırma ve üretim yöntemlerini, ikinci kısım; çimento kompozitlerinin farklı kürlenme yaşlarındaki  elektriksel özelliklerini, monotonik ve periyodik basınç yüklemesi altında piezorezistif (kendiliğinden algılama) davranışı ve gerilme/deformasyonu ölçümlerini, üçüncü kısım; XRD, BET, MIP testleri yapılarak çimento kompozitlerin mikroyapısının incelenmesini, dördüncü kısım, yapının gerilme/deformasyon davranışını incelemek için yapı elemanına piezorezistif sensörlerin gömülerek kullanımını içermektedir. Elektriksel ve piezorezistif özelliklerin belirlemesinde hacimce %0.1, 0.25, 0.5, 0.75 ve 1 oranlarında toplam 50 grup kompozit üretilmiştir. Gömülü sensörler çalışmasında toplam 4 grup beton eleman üretilmiştir. 
Bulgular: Deney sonuçları, karıştırma yöntemlerinin, iletken malzemelerin çimento hamurunda homojen dağılımını sağlamak için çok önemli olduğunu göstermektedir. Kullanılan malzeme oranı, karıştırma metodu, kürleme metodu ve elektriksel direnç ölçüm metotları gibi birçok faktör, çimento kompozitlerinin elektriksel özellikleri üzerinde etkili olmuştur. kullanılan gruplar arasında KNT ve KFKNT0.75 grupları, uygulanan basınç yükleri altında iletken malzemeli kompozitler en iyi kendiliğinden algılama özelliği göstermiştir. İletken malzemelerin kullanımı, kompozitlerin XRD, BET ve MIP analiz sonuçlarını etkilemiştir. 
Sonuç: KNT ve KFKNT'li kompozitlerin piezorezistif özelliklerinin KF ve NNi'li kompozitlerden daha etkili olduğu belirlenmiştir. Gömülü sensörler, monotonik ve periyodik basınç yükleri altında yapının gerilme/deformasyon algılama kapasitesini geliştirdiği bulunmuştur. KNT0.75, KNT1, KF0.1KNT0.5 ve KFKNT0.75 grupları gömülü sensörlerde en iyi kendiliğinden algılama kapasitesi göstermişlerdir.

Abstract:
Purpose: This study examined the feasibility of using carbon fibers, nano nickel powders and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in cement paste as sensors in Structural Health Monitoring. 
Method: This study was divided into four parts. The first part, based on the literature a number of mixing methods were performed to ensure well-dispersing for the conductive materials. The second part, investigating the electrical properties of cement composites at different curing ages, piezoresistive (self-sensing) behaviour and stress/strain measurements under monotonic and cyclic compression loading. The third part, studying the microstructure of the composites by conducting XRD, BET, MIP tests. The fourth part, involves the use of embedded piezoresistive sensors in the structural element to examine the stress/strain behaviour of the structure. A total of 50 groups of composites were produced by 0.1, 0.25, 0.5, 0.75 and 1%vol. to determine the electrical and piezoresistive properties of the composites. In the study of embedded sensors, a total of 4 groups of concrete elements were produced.
Findings: The experimental results indicate that the mixing methods are very important to ensure well-dispersing of the conductive materials into the cement paste. The conductive materials developed the electrical properties and showed various sensing sensitivity under applied compression loads. Many factors such as fraction volume, mixing method, curing method and the electrical resistivity measurement methods have been influenced the electrical properties of the cement composites. Among the conductive materials used, KNT and KFKNT0.75 composites showed the best self-sensing properties under the applied pressure loads. The use of conductive materials into cement paste has affected the results of XRD, BET and MIP analysis of the composites.
Results: The results indicate that the MWCNTs and the CFCNT more effectively improved the piezoresistive properties of the cement paste than CF and NNi. The embedded sensors have been found to improve the stress/strain sensing capacity of the structure under both monotonic and cyclic compression loads. The CNT0.75, CNT1, CF0.1CNT0.5 and CFCNT0.75 groups showed the best self-sensing capacity in the embedded sensors.