Dijital üretimli çimento esaslı kompozitlerin donma-çözülme direnci ve boşluk yapılarının incelenmesi
Investigation of freeze-thaw resistance and pore structure of digitally fabricated cement-based composites
Yazar: YEŞİM TARHAN
Danışman: PROF. DR. REMZİ ŞAHİN
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yapı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Amaç: Geleneksel betona nispetle sahip olduğu üstün özellikleri nedeniyle 3 boyutlu eklemeli imalat betonuna (3D beton) olan ilgi dünya genelinde hızla artmaktadır. Bu çalışmada 3D betonların fiziko-mekanik özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. 
Yöntem: Hava sürükleyici katkı maddesi (AEA) oranı, kür uygulaması ve karot doğrultusu parametre olarak seçilmiş ve bu faktörlerin, başta donma-çözülme (D-Ç) direnci ve boşluk yapısı olmak üzere, 3D betonların bir takım mühendislik özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. D-Ç deneylerinde ASTM C 666/Prosedür B uygulanmıştır. Boşluk yapısı incelemeleri BET, MIP ve SEM analizlerine dayanılarak yapılmıştır. Çalışmada klasik taze ve sertleşmiş beton deneylerinin yanında 3D beton özelliklerini belirleyen ekstrüzyon kabiliyeti, inşa edilebilirlik, işlenebilirlik ve baskı alınabilme süresi deneyleri yapılmıştır. %0, %0,1, %0,15 ve %0,2'si oranlarında AEA kullanılarak üretilen kürlü ve kürsüz 600×600×150 mm'lik 3D beton plaklardan 28. gün sonunda yatay ve dikey doğrultularda karot numuneleri alınarak deneyler yapılmıştır. 
Bulgular: Üretim aşamasında alınan küp örneklerin basınç dayanımı 11,8 MPa - 54,5 MPa arasında değişmiştir. Aynı karışımların karot dayanımları ise %6-%50 arasında değişen oranlarda bu değerlerden daha düşük çıkmştır. Üretilen numunelerin büyük bir bölümü 70. çevrimden sonra tabakalar arası birleşim yerlerinden ayrılırarak hasara uğramış ancak sınırlı sayıdaki örnek 300. çevrime kadar dayanabilmiştir. 
Sonuç: D-Ç etkisine dirençli ve yeterli basınç dayanımına sahip 3D betonlar üretilmesi için düşük dozda (%0,1) AEA maddesinin kullanılması tavsiye edilmiştir. 3D beton elemanlar katman katman biriktirme yöntemiyle üretildiklerinden bitişik iki katman arasında kusurlu hatlar (soğuk derz) oluşmuştur. Bu kusurlu yapı 3D betonların belirgin anizotropik malzeme özelliği sergilemesine yol açtığından incelenen bütün özellikler yöne bağlı olarak değişmiştir. 3D betonlar için özel kimyasal katkı malzemelerinin üretilmesi ve geleneksel yöntemlere alternatif deney yöntemlerinin geliştirilmesi gerektiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Purpose: The interest in three-dimensional additive manufacturing concrete (3D concrete) is growing significantly across the worldwide due to its superior properties that providing advantages over conventional concrete. In this study, it is aimed to investigate the physicomechanical properties of real-scale 3D concrete produced by a 3D printer.
Method: In the study, air-entraining additive (AEA) rate, applying of cure compound and core direction were selected as parameters and the effects of those parameters on engineering properties of 3D concrete, such as freeze-thaw (F-T) resistance and pore structure were investigated. ASTM C 666 / Procedure B method was applied in freeze-thaw experiments. The pore structure investigations were based on BET, MIP, and SEM analysis. In the study, in addition to standard fresh and hardened concrete tests, extrudability, buildability, workability and open time tests, which determining the properties of 3D concrete, were also performed. Samples with 4 different compositions which having 600×600×150 mm sizes were produced by using AEA of   0%, 0,1%, 0,15% and 0,2% of the binder amount. Experiments were conducted on core samples which taken from those samples in the horizontal and vertical directions at the end of the 28th day.
Findings: The compressive strength of the cube samples taken in the fresh concrete stage varied between 11,8 MPa- 54,5 MPa. The core strengths of the same mixtures were lower than these values at ratios varying between 6-50%. Most of the samples produced were damaged by separating from the joints between the layers after the 70th cycle, but a limited number of samples were able to durable until the 300th cycle.
Results: It is recommended to use low doses of AEA material to produce 3D concretes that are resistant to F-T effect and have sufficient compressive strength. Since 3D concrete elements are produced with layer by layer deposition method, defective lines (cold joint) have formed between two adjoint layers. This imperfect structure caused 3D printed concretes to exhibit distinctively anisotropic material properties. Therefore, all the engineering properties studied changed depending on the direction. In addition, it was concluded that special chemical additives for 3D concretes should be produced and experimental methods alternative to traditional methods should be developed.