Geopolimer ve geleneksel betondan üretilen gövde boşluklu kirişlerin statik ve çarpma yükleri altında davranışının deneysel olarak araştırılması

Geopolimer betonların, düşük karbon emisyonu nedeniyle inşaat sektörünün temel yapı taşı olan çimentolu betonun yerini alıp alamayacağı konusu günümüzde yoğun olarak araştırılan konuların başında gelmektedir. Henüz çok yeni bir malzeme olan geopolimer betonların üretim esasları henüz tam olarak belirlenebilmiş değildir. Ayrıca geopolimer betonların donatılı bir yapı elemanında göstereceği yapısal davranışları ortaya koyan çalışmalar oldukça kısıtlıdır. Statik yükler altındaki yapılara, patlama veya çarpmadan dolayı bir dinamik darbe yükü etki edebilmektedir. Ani patlamaların oluşturduğu şoklar, depremler, doğalgaz sistemlerinde meydana gelen patlamalar, kaya çarpması, roket çarpması gibi bir ivmeye sahip olan bu etkiler taşıyıcı sistem üzerinde hasarlara neden olmaktadır. Dinamik yüklerden biri olan çarpma yükü özellikleri ve etkisi en az bilinen ve çalışılan yüklemelerden birisi olup özellikle son yıllarda yapıların darbe yüküne karşı göstermiş olduğu dayanım ve davranışın belirlenmesi amacıyla deneysel, numerik ve teorik olarak incelemeler yapılmaktadır. Yapıyı oluşturan taşıyıcı elemanların en önemli özelliği sünekliği yani şekil değiştirmeye olan yatkınlığıdır. Gerilme-şekil değiştirme eğrisi altında kalan alan, elemanın enerji sönümleme kapasitesini başka bir deyişle sünekliğini ifade etmektedir. Yapı elemanlarına etkiyen statik ve dinamik yükler birbirinden farklı karakterlere sahip olduklarından dolayı elemanda oluşturacakları şekil değiştirmeler yani enerji sönümleme kapasiteleri birbirinden farklı olacaktır. Bu tez çalışması kapsamında, kullanım alanı her geçen gün artan geopolimer beton ve geleneksel olarak kullanılan Portland çimentolu beton ile oluşturulmuş kiriş elemanları çarpma(darbe) ve eğilme dayanımları deneysel olarak incelenmiştir. Özellikle betonarme kirişlerde, sıhhi tesisat, kalorifer boruları ve havalandırma kanalları gibi tesisatın tavandan geçirilişi sırasında kiriş gövdelerinde kontrolsüz boşluklar oluşturulmaktadır. Açılan boşlukların kiriş davranışına etkileri önemlidir. Bu amaçla çalışma kapsamında öncelik olarak geopolimer beton tasarımı için Mixture Design yöntemi kullanılarak uçucu kül (UK), yüksek fırın cürufu (YFC) ve pişirilmiş taş tozu (PTT) atıkları ile 10 farklı karışım oluşturularak geopolimer harçların mekanik ve fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Oluşturulan karışımlar üzerine basınç mukavemeti, eğilme dayanımı, çarpma dayanımı, birim hacim ağırlığı, su emme, priz süreleri tayini ve yayılma deneyleri yapılmıştır. Daha sonra istenilen özelliklere sahip bir geopolimer beton üretebilmek için silis dumanı, metakaolin vb farklı atık malzemeler eklenip ilave karışımlar hazırlanarak geopolimer betonun optimum karışım oranları belirlenmiştir. Daha sonra mekanik, fiziksel ve işlenebilirlik bakımından ideal karışım oranı kullanılarak geopolimer beton üretilmiştir. Benzer mekanik özelliklere sahip geopolimer ve geleneksel beton kullanılarak boşluksuz ve kiriş mesnet bölgelerinde açılmış farklı boşluk çapı/kiriş yüksekliği oranına sahip (D/H= %25.0, %41.5 ve %55.0) boşluklu dikdörtgen kesitli toplam 32 adet kiriş numunesi üretilmiştir. Üretilen kirişlerin statik ve dinamik yüklemeler altında davranışları, dayanımları, hasar durumları, çatlak şekilleri, rijitlikleri, enerji yutma kapasiteleri detaylı olarak incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda ön karışım deneylerinde kullanılan C sınıfı uçucu kül miktarının artması, su emme değerini artırmış, basınç eğilme çarpma mukavemetleri, birim hacim ağırlığı ve yayılma değerlerini düşürmüş, priz başlangıç ve bitiş sürelerini oldukça kısaltarak harcın işlenebilirliğini olumsuz yönde etkilemiştir. Yine ön karışım deneylerinde YFC oranının artmasıyla basınç, eğilme, çarpma mukavemetleri ile birim hacim ağırlık değerleri artmıştır aynı zamanda YFC miktarının artmasıyla priz başlangıç ve bitiş süreleri ile yayılma değerlerinin olumsuz etkilendiği görülmüştür. Ancak karışımlara pişirilmiş taş tozunun ilavesi ile işlenebilirliğin yani priz başlangıç ve bitiş süreleri ile yayılma değerlerinin uygulama bakımından ideal koşullara geldiği görülmüştür. Bununla beraber PTT oranının artmasıyla harçların mekanik özelliklerinde (basınç, eğilme ve çarpma mukavemetleri) bir düşüş görülmüştür. Karışımlarda silis dumanının kullanılması basınç mukavemetine ve priz başlangıç süresine olumlu katkı sağlamıştır. Geopolimer ve geleneksel betonarme kesme ve eğilme kirişlerinde boşluk açıldığında 50mm çapın (D/H=%25.0) üstünde açılan boşluklarda yük taşıma kapasiteleri önemli miktarda azalır aynı zamanda süneklik oranı artmıştır. Bu düşüş ve artma oranları boşluk çaplarına uyumludur. Geopolimer ve geleneksel betonarme kesme kirişlerindeki açılan boşluklar sebebiyle meydana gelen yük kapasitesindeki azalmalar, eğilme kirişlerine kıyasla çok daha fazla meydana gelmiştir. Bu yüzden betonarme boşluklu kirişlerde etriye aralığı çok önemli bir faktördür. Daha düşük basınç dayanımı. Geopolimer beton, genellikle Portland çimentolu betona kıyasla daha düşük basınç dayanımına sahiptir. Bu, geopolimer betonun belirli bir yük altında daha kolay çatlayabileceği veya deformasyona uğrayabileceği anlamına gelebilir. Geleneksel betonarme kirişlerin uygulanan sabit enerjili çarpma yüklemesinden Geopolimer kirişlere göre daha fazla etkilendiğini, daha fazla deplasman yaptığını, daha fazla kalıcı plastik deformasyon oluşarak geleneksel betonarme kirişlerin daha fazla enerji yuttuğunu göstermektedir. Elde edilen bu sonuçlar Geopolimer kirişlerin çarpma yüklemesi etkisi altındaki performansının geleneksel betonarme kirişlerden daha yüksek maksimum ivme değerleri göstermiş aynı zamanda daha iyi olduğunu gösteren önemli bir bulgudur.