Theses supervised by Prof. Dr. Tayfun Uygunoğlu
11 theses · Afyon Kocatepe University
Faz değiştiren malzeme katkılı çimento esaslı 3D baskı harçlarının mühendislik özelliklerinin araştırılması
İnşaat mühendisliği uygulamalarında son zamanlarda kullanım alanı oldukça hızlı yayılan üç boyutlu (3D) yazıcı ile eklemeli imalat yöntemi yapıların inşası ve enerji verimliliği açısından oldukça büyük faydalar sağlamaktadır. Kalıpsız olarak üst üste katmanlar halinde yapılan uygulama sırasında karşılaşılan en büyük sorunlardan birisi, 3D baskı harcının kontrolünün oldukça zor olmasıdır. Harcın nozzle denilen çıkış hortumundan fazla enerji gerektirmeden kolaylıkla akabilmesi gerekirken, baskı yapıldığı yerde bu akıcılığını hızla kaybederek harcın dağılmaması, üst üste gelen tabakalar altındaki harçların deforme olmaması istenir. Ancak baskı harcının reolojik özelikleri iyi dizayn edilmediğinde belirli bir katmandan sonra yazdırılan duvar elemanlar göçmeyle sonuçlanmaktadır. Günümüze kadar yapılan çalışmalarda, eşik gerilmesi yüksek olan harçların tasarımı denenmiş ve kısmen başarılı olmuşlardır. Aynı zamanda taze harcın tiksotropisi de reolojik açıdan etkili olmaktadır. Beton teknolojisinde 1 mm altında agregalarla üretilen çimentolu kompozitlere harç deyimi yanında mikro-beton terimi de kullanılmaktadır. Baskı elemanlarıyla çimento esaslı olan kompozit karışımlarla bir yapı teşkil edilmeye çalışıldığından üretilecek taze karışıma mikro-beton terimi kullanılması tercih edilmektedir. Baskı yapılan çimento esaslı harçların en önemli sorunlarından birisi de enerji tasarrufudur. Sıradan yapılar enerji tasarrfurunu ara bölmelerde kullanılan delikli tuğla veya gözenekli yapı malzemeleriyle sağlamaktadırlar. Oysaki, 3D baskı yapılan yapılarda duvar elemanlar da tamamıyla çimento esaslı ve termal iletkenlik katsayısı gözenekli yapı malzemelerine kıyasla yüksek olan harçlarla inşaa edilmektedirler. Yapıların teşkili sırasında duvarların iç kısımları boşluklu bırakılmaktadır. Ancak bu durum, enerji verimliliği açısından yeterli olmamaktadır. Bu nedenle, enerji verimliliği amacıyla yapı malzemelerinde son zamanlarda kullanımı gerçekleşen faz değiştiren malzemelerin 3D baskı harçlarında da kullanılabilmesi ve böylece üretilen harçların reloji, fiziksel-mekanik özelikleri gibi mühendislik özelikleri tezin konusunu oluşturmaktadır.
Farklı kumaş tipleriyle beton elamanların güçlendirilmesi
Bu tez çalışmasında, ilerleyen teknoloji ile beraber gelişimini sürdüren farklı özellikteki polimer kumaşların, farklı beton sınıflarındaki numuneler ile farklı sarım teknikleriyle güçlendirilmesi üzerine basınç ve yük altındaki şekil değiştirme davranışlarını araştırmıştır. Bu amaçla iki farklı beton sınıfında (C16 ve C25), 100 x 200 mm ebatlarında 38 adet silindir numune üretilmiştir. Üretilen numuneler Karbon (CFRP), Cam (GFRP) ve Bazalt (BFRP) olmak üzere üç farklı kumaş tipi ile güçlendirilmiştir. Numuneler iki farklı sarım tekniği (tam ve sarmal) ve epoksi yardımı ile güçlendirilmiştir. Ülkemizdeki mevcut yapı stoğu göz önünde bulundurularak C16 ve C25 beton sınıfları tercih edilmiştir. Numuneler üretilirken beton Afyonkarahisar ÇİMSA beton santralinden tedarik edilmiş olup kumaşlar gerekli bindirme boyu ile kaplanmıştır. Güçlendirilen numuneler basınç ve yük altında düşey şekil değiştirme deneylerine tabi tutulmuş ve deney sonuçları kumaş özelliklerine, sargı tiplerine ve beton sınıflarına göre kıyaslanmış, tez içerisinde paylaşılmıştır.
Betonlarda karbonatlaşma derinliğinin optik fiberlerle belirlenmesi
Binaların dayanıklılığı, çevresel etkilere karşı yapısal bütünlüğün korunması ve uzun ömürlü olması açısından kritik öneme sahiptir. Karbonatlaşma, betonun çevresel CO₂ ile reaksiyona girerek alkali içeriğinin azalmasına ve çelik donatıların paslanmasına yol açan bir süreçtir. Bu tezde, hızlandırılmış karbonatlaşma uygulanan betonlarda karbonatlaşma derinliğini ölçmek için iki yöntem kullanılmıştır. İlk olarak fenol çözeltisi kullanılarak klasik ölçüm tekniği ve optik fiber teknolojisi tabanlı bir ölçüm tekniği kullanılmıştır. Optik fiberlerden alınan sonuçlarla renk yoğunluğu analizine dayalı olarak karbonatlaşma derinliklerinin hassas şekilde belirlendiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, betonun fiziksel ve mekanik özellikleri incelenmiş, karbonatlaşmanın görünen boşluk ve su emme oranını azaltırken mekanik dayanımı artırdığı belirlenmiştir. Tezde klasik yöntem ile optik fiber yöntemlerin karbonatlaşma derinliğini ölçmede büyük ölçüde benzer sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Bu tezden yola çıkılarak optik fiber teknolojisi kullanılarak yapılan ölçümlerin doğru ve kullanılabilir bir yöntem olduğu söylenebilmektedir.
Çimento ve killi kompozitlerde dinamik kapilaritenin araştırılması
Yapı malzemelerinde suyun hareketi hem dayanıklılık hem de performans açısından temel belirleyici unsurlardan biridir. Özellikle dış çevre koşullarında, suyun malzeme içerisine giriş biçimi ve hızı, uzun vadeli hasar mekanizmalarının oluşmasında kritik rol oynamaktadır. Bu çalışmada, çimento esaslı ve killi kompozit yapı malzemelerinde suyun kapilar hareketi, statik ve dinamik koşullar altında deneysel olarak incelenmiştir. Statik kapilarite deneylerinde, malzemelerin yalnızca alt yüzeylerinden su ile teması sağlanarak durağan ortamda suyun yükselme eğilimi değerlendirilmiştir. Dinamik deneylerde ise, sabit debili su akışı altında %0, %3, %5, %7 ve %9 olmak üzere beş farklı eğim açısında kapilar davranış gözlemlenmiş; eğimle birlikte artan su hızı ve azalan temas süresinin su emme miktarını nasıl etkilediği analiz edilmiştir. Elde edilen bulgular, suyun hareketli olduğu yüzey koşullarında kapilar su girişinin belirgin şekilde azaldığını ve eğim açısındaki artışla bu etkinin daha da belirginleştiğini göstermektedir. Ayrıca, çimento matrisindeki bağlayıcı yapılar, katkı oranları ve killi yapının gözeneklilik düzeyi gibi parametrelerin, suyun iç yapıda ilerleyişi üzerinde önemli etkiler yarattığı tespit edilmiştir. Bu doğrultuda çalışma, yalnızca su emme miktarının değil; suyun durağan veya hareketli olmasına bağlı davranış farklılıklarının da dikkate alınması gerektiğini vurgulamakta ve yapı dayanıklılığına yönelik yeni bir değerlendirme yaklaşımı sunmaktadır.
Beton bileşen ve boyutunun elektriksel kür yöntemine etkisinin araştırılması
Bu araştırmada, beton bileşenlerinin ve boyutunun elektriksel kür yöntemine etkisi araştırılmıştır. Dozaj etkisini incelemek için 250, 300, 350 ve 400 dozajlı 10 x 10 x 35 cm boyutunda betonlar üretilmiştir. Üretilen betonların üzerine sabit frekans şiddetinde AC güç kaynağından sırasıyla 0, 40, 60, 80 ve 100 V gerilim uygulanmıştır. Bazı seriler üzerine sabit gerilim şiddetinde farklı frekanslarda elektrik akımı uygulanmıştır. Farklı su/çimento oranına sahip betonlar üretilmiştir. Gerilim uygulanan ve gerilim uygulanmayan numunelerin priz süreleri, poroziteleri, su emme oranları, basınç dayanımları vb. karşılaştırmalar yapılarak betonda hızlandırılmış kür yapılıp yapılamayacağı araştırılmıştır. Hızlandırılmış kür açısından DC ve AC akım uygulanabilmektedir. Literatür araştırması neticesinde DC akımın polarizasyon (kutuplaşma) etkisinden dolayı deneylerde AC güç kaynağı kullanılmıştır. Sonuç olarak beton üzerine belirli gerilim şiddeti altında AC gerilim uygulanarak basınç dayanım kaybı yaşanmadan hızlandırılmış kür yapılabilir. 250, 300, 350 ve 400 dozajlı betonlara 100 V AC gerilim uygulandığında şahit numunelerine göre priz sona erme süreleri 510, 380, 410 ve 500 dakika kısalmıştır. 300 Dozajlı betonlarda SEM incelemesi yapılmış olup gerilim şiddetinin 0' dan 100 V'a arttırılmasıyla hidratasyon reaksiyonlarının hızlandığı belirlenmiştir.
Soğuk ortam şartlarındaki taze betona elektriksel kür uygulamasının araştırılması
Bu araştırmada, beton içerisine %0, %1, %2 ve %3 oranlarında karbon siyahı, çimento ile yerdeğiştirme yapılarak beton üretilip elektriksel kür methodu ile 0V, 45V, 60V ve 90 Volt gerilme değerlerinde 24 saat boyunca kür edilmiştir. Kürleme işlemi ortam koşullarında (22⁰C), iklimlendirme kabini yardımıyla 0⁰C ve -10⁰C sıcaklıklarda uygulanmıştır. Kürleme işlemi yapılırken betonların iç sıcaklıkları kayıt altına alınarak, priz bitiş süreleri tayin edilmiştir. Üretilen numuneler 24 saat elektriksel kür edildikten sonra 1 günlük basınç dayanımları tayin edilmiştir. Elektriksel kürleme işleminden sonra standart kür havuzunda 7 ve 28 gün kürlenmesi beklenip dayanım tayinleri yapılmıştır. 28. günü dolduran numunelerin elektriksel özellikleri, fiziksel ve mekanik özellikleri araştırılmıştır. Karbon siyahı oranının ve gerilme yoğunluğunun artmasıyla birlikte beton iç sıcaklıklarında artış gözlemlenmiştir. Gerilme yoğunluğunun artmasıyla birlikte priz süresinin hızlandığı, kalıp alma süresinin kısaldığı gözlemlenmiştir. Karbon siyahının iletken yapısından kaynaklı olarak elektriksel öz direnç değerlerininde azalma görülmüştür. Karbon siyahının beton içerisinde ince taneli olmasından kaynaklı dolgu etkisi yaparak bağlayıcı madde gereksinimini arttırmaktadır. Bağlayıcı gereksiniminin artmasıyla birlikte basınç dayanımında azalma, boşluk oranında, su emme ve kapiler su emme oranlarında artış gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Soğuk ortam koşulları, İletken beton, Elektriksel Kür, Karbon siyahı
Geçirimsizlik sağlayan beton katkılarınındonatı korozyonuna etkisi
Kullanımı en yaygın yapı malzemesi olan betonda, özellikle son yıllarda yaşanan depremler sonrasında sadece dayanım (yük taşıma kapasitesi) standartlarının yeterli olmadığı görülmüştür. Betonun boşluklu yapısı sebebiyle sıvı veya gaz halde betonun iç yapısına etki eden maddelerin erken yaşlarda betonun basınç dayanımını etkileyecek mertebede bir zarara uğratmasada, ilerleyen yaşlarda betonun servis ömrünü hesaplanan değerden daha düşük seviyelere çekmektedir. Betonarme yapılarda fiziksel, mekanik veya kimyasal etkenlerden dolayı oluşan hasarlar, yapılarda doğrudan veya dolaylı yoldan donatı korozyonunun başlamasına neden olmaktadır. Betonarme yapılarda zamanla meydana gelen korozyon, donatıda kesit kaybı yaşanması, kopma mukavemetinde azalma, beton ve donatı arasındaki aderansın azalması, pas payı tabakasının hasar görmesi sonrasında dökülmesiyle beraber donatının açığa çıkmasıdır. Korozyon oluşumuna karşı alınabilecek önlemlerden geçirimsiz kimyasal katkılar hakkında çalışma yapılmış olup iki adet yapısal geçirimsiz katkı yine iki adet de yüzeysel geçirimsiz katkı kullanılmıştır. Üretilen 9 seri numuneye basınç dayanımı, hızlı klor geçirimliği, elektiriksel iletkenlik, hızlandırılmış korozyon deneyleri ve mineralojik ve morfolojik analizleri yapılmıştır. Çalışma sonucunda üretilen tüm serilerde boşluk oranının azaldığı görülmüştür. Su itici özellikli geçirimsiz katkının beton dayanımını bir miktar düşürdüğü gözlenmiştir. Bitüm esaslı yüzeysel geçirimsiz katkılarda en düşük kılcallık katsayı değeri saptanmıştır. Korozyona uğrama riski yapısal katkılarda %2 kullanımda düşük, çimento esaslı yüzeysel katkılarda orta ve bitüm esaslı katkılarda ihmal edilebilir düzeyde olduğu elde edilmiştir. Yüzeysel ve bitüm esaslı katkıların geçirimsiz beton uygulamalarında daha olumlu sonuçlar elde edilmiştir.
Polimerik inşaat donatılarının kimyasal ankraj performansının araştırılması
Betonarme yapılarda yapı elemanlarının bazı durumlarda taşıma gücünü yerine getiremiyor olmasının sonucu olarak, güçlendirme ihtiyacı ortaya çıkmaktadır. Yapıların güçlendirilmesinde çeşitli yöntemler olmakla birlikte, en sık kullanılan aşamalardan biri filiz ekimi olarak bilinen ile donatının betona ankrajı yöntemidir. Genellikle güçlendirme çalışmalarında ankraj elemanı olarak inşaat çeliği kullanılmakta olup, nervür etkisine bağlı yüksek yapışma dayanımlarının olması sebebi ile mevcut yapıların onarım ve güçlendirilmesinde tercih edilmektedirler. Ankraj elemanı olarak inşaat çeliği, mevcut betona sonradan açılan deliklere kimyasal yapıştırıcılar kullanılıp filiz ekimi yapılmaktadır. Ülkemizdeki güçlendirme ihtiyacı olan yapılar incelendiğinde gerek anormal çevre koşulları gerekse çelik donatının betonarme eleman içerisindeki korozyonu sebebi ile yapılarda ciddi sorunların oluştuğu görülmektedir. Bu sebep ile literatürdeki bu alanda yapılmış çalışmalar incelendiğinde, korozif etkilere karşı, çözüm olabilmesi adına alternatif olabilecek farklı tipte kompozit donatıların performanslarının araştırılmasının da son yıllarda önem kazandığı görülmektedir. Günümüz inşaat mühendisliği yapılarında sadece metalik değil aynı zamanda polimerik donatılarda, dayanıklılık nedenlerinden dolayı tercih edilmektedirler. Ancak bu malzemelerin çelik donatılar gibi kimyasal ankraj uygulamalarında nasıl bir davranış sergiledikleri yapılan çalışmalarda tam anlamıyla ortaya konulamamıştır. Bu tez çalışmasında daha yüksek mukavemete sahip, korozyona dayanıklı son yıllarda özellikle kıyı yapılarında, zemin ve saha betonlarında, tünellerde kullanımı yaygınlaşan cam elyaftan imal edilmiş farklı çaplardaki polimerik donatıların (GFRP), inşaat çeliği (ST) ve bazalt donatıları (BFRP) ile ankraj aderans dayanımları karşılaştırılmıştır. Farklı çaplarda ve farklı derinliklerdeki deney numuneleri üzerinde eksenel çekip çıkarma deneyi ile performans araştırması yapılmıştır. Betona sonradan yerleştirilen ve tek tip yapıştırıcı kullanılarak düşük dayanımlı ve normal dayanımlı betonlar üzerinde imal edilen bu 3 farklı tipteki donatının aderans dayanımları ve sıyrılma değerleri ayrı ayrı hesaplanmış, deney sonuçları grafikler ile ortaya konmuştur. Elde edilen bulgulara göre, ankraj donatısı kenetlenme boyu arttıkça aderans dayanımının azaldığı görülmüştür. Ayrıca, polimerik donatıların inşaat demirine göre daha iyi ankraj dayanımına sahip oldukları gözlenmiştir. Çelik donatılarda olduğu gibi polimerik donatıların da beton dan çıkarmak için gerekli yük miktarının donatı çapı, beton sınıfı ve gömme derinliğine bağlı olarak değiştiği gözlenmiştir. Düşük dayanımlı betonlar üzerinde Ø14 çaplı donatıları betondan çıkarmak için gerekli yük miktarının polimerik donatılarda (GFRP), çelik donatılardan (ST) yaklaşık %11 daha az, bu oranın Ø20 çaplı donatılarda ise %6,4 daha fazla olduğu görülmüştür. Normal dayanımlı betonlar üzerinde ise benzer özellik tespit edilmiştir.
Farklı lif tipleriyle tasarlanmış çimentolu kompozitlerin (ECC) fiziksel ve mekanik özeliklerinin araştırılması
Çimentolu kompozitlerin gevrekliği hep dezavantaj ve sorun olduğu bilinmektedir. Bu kırılganlığı gidermek ve en aza indirmek için çimentolu kompozitlere fiber ilavesi yapılmaktadır. Genel olarak son yıllarda yüksek dayanımlı olan betonların üretimi ve kullanımı yaygın duruma gelmiştir. Yüksek dayanımlı betonlardan birisi de tasarlanmış çimentolu kompozitlerdir (ECC). Bu tez çalışmasında farklı liflerle ECC'ler tasarlanmıştır. Kompozitlerin üretiminde lif olarak bazalt, cam, çelik, Polipropilen (PP) ve Poli vinil Alkol (PVA) kullanılmıştır. Lifler belli miktarlarda hacimsel olarak %0, %2, %3 ve % 4 oranlarla karışım harçların içerisine eklenerek ECC numuneler üretilmiştir. Üretilmiş olan numunelerde taze halde iken çökme ve yayılma tablası deneyiyle işlenebilirlikleri belirlenmiştir. Standart kür havuzuna tabi tutulan 28 günlük numunelerin üzerinde sertleşmiş beton deneylerden su emme belirlenmesi, boşluk oranı, kapilarite, ultrases, basınç, eğilme, kırılma tokluğu ve çatlak genişliği belirlenmesi deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre lif miktarı arttıkça işlenebilirliğin azaldığı, su emme ve boşluk oranlarının da arttığı görülmüştür. Ultrases deneyinde, geçiş hızı en yüksek değere sahip olan çelik lif katkılı harçlar görülürken en düşük değere sahip olan ise cam lif katkılı harçlardadır. Lif miktarı arttıkça basınç dayanımının azaldığını görülmüştür. Ancak çelik ve PVA lif katkılı harçlarda tam tersi olduğu görülmüştür. Eğilme deneyinde polipropilen lif katkılı harçlar en iyi performans gösteren harçlardır. Lif miktarı arttıkça hem eğilme dayanımı hem de numunelerin aldığı şekil değiştirmede artış görülmüştür. Eğilme dayanımında çelik ve cam lif katkılı harçların şekil değiştirmede verimli performans göstermediği, daha az şekil değiştirerek kırıldığı görülmüştür. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde Poli Vinil Alkol (PVA) lif katkılı harçlarına göre en yakın olan harçlar polipropilen lif katkılı harçlar olduğu görülmüştür.
Polivinil alkol (PVA) lif hacminin yeni nesil tasarlanmış çimentolu kompozitlerin fiziksel ve mekanik özeliklerine etkisi
Geleneksel beton günümüzde yeterli performansı göstermemektedir. Bu nedenle beton teknolojisinde betonun kullanım alanlarına uygun olarak karışım dizaynı geliştirilmesi son zamanların başta gelen araştırma konusu olmuştur. Beton gözenekli yapıya sahip olan gevrek bir malzemedir. Betonun gözeneklerinde oluşan mikro çatlaklar statik veya dinamik yükler altında makro çatlaklara dönüşmekte ve beton ani kırılma davranışı göstermektedir. Betonun bu dezavantajlarını iyileştirmek amacıyla beton karışım dizaynına 2. fazlar katılması gerekmektedir. Beton karışım dizaynında kullanılan fazlardan biri de liflerdir. Geçmişten günümüze kadar beton içerisinde kullanılan lifler çelik, polipropilen, cam, bazalt vb. olarak sıralanabilir. Çimentolu kompozitlerin içerisinde kullanılan lif tiplerinden biri de polivinil alkol (PVA) liflerdir. PVA lifli çimentolu kompozitler tasarlandığında başarılı sonuçlara ulaşılmıştır ancak liflerin erişim güçlüğü ve maliyeti yeni araştırma konuları oluşturmuştur. Bu çalışmada, PVA liflere alternatif olarak üretilen saf PVA, DOT-PVA-AC, DOT-PVA, DOT-PVA-GO yeni nesil çimentolu kompozitlerin içerisine %2, %3 ve %4 oranlarında katılarak 3, 28 ve 90 günlük fiziksel ve mekanik testlere tabi tutulmuşlardır.
Beton yol yüzey hasarlarının hızlı onarımında sülfür harç kullanımının araştırılması
Karayolu yapımında ve üstyapı yenileme çalıĢmalarında yolların üstyapı tipinin seçilmesi büyük önem arz etmektedir. Yol kaplamalarında kullanılan betonun görevi, trafikten dolayı gelen yükleri taban zeminine ileterek oluĢacak deformasyonları engellemektir. Bunu yapabilmek için beton yolların rijit olmasından faydalanılır. Rijit kaplama sınıfına giren beton yollar çevresel etkilere maruz kalmaktadır. Beton yollarda diğer yapı elemanlarında olduğu gibi dayanıklılık (durabilite) çok önemlidir. Bazen beton yollarda deformasyon ve çatlaklar olabilmektedir. Bu çatlakların bakım ve onarımını yapabilmek için trafiğin akıĢından olumsuz yönde etkilenmeden tamamlanması gerekmektedir. Bakım ve onarım için hızlı dayanım kazanan tamir harçlarının yanı sıra çimento harçları da kullanılmaktadır. Bu tamir harçların kullanılması durumunda yolun trafiğe açılma süresi yaklaĢık 2 saat sürmektedir. Bu tez çalıĢmasında, sülfür harç kullanarak hasarlı beton yolların bakım ve onarımını mevcut uygulamaya göre daha kısa sürede yapılması amaçlanmıĢtır. ÇalıĢmada, sülfür harçları %0, %50 ve %75 oranlarında kuvars kumu katkılı olarak üretilmiĢtir. Harçların priz süresi, basınç, eğilme ve noktasal dayanımı, rötre ve sürtünme katsayıları gibi özelikleri belirlenmiĢtir. Beton yüzeyle olan aderansı ve kayma gerilmesi belirlenmiĢtir. Elde edilen sonuçlara göre, sülfür harçların dayanım gibi özelikleri çimentolu harçlara göre biraz daha düĢük olsa da yol onarımında kullanılmaları durumunda daha kısa sürede trafiğe açılabilecektir. Sülfür harçlar çimentolu harçlara alternatif olarak kullanılabilir. Anahtar Kelimeler: Beton Yolların Tamiri, Beton Yollar, Susuz Harç, Sülfür Harç