Karma llif içeren çimento esaslı kompozitlerin mekanik davranışı - bir optimum tasarım
Mechanical behavior of cement based composites reinforced with hybrid fibres - an optimum design
- Tez No: 142852
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CANAN TAŞDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Yapı Malzemesi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 134
Özet
KARMA LİF İÇEREN ÇİMENTO ESASLI KOMPOZİTLERİN MEKANİK DAVRANIŞI - BİR OPTİMUM TASARIM ÖZET Beton, dünyada en yaygın kullanılan bir taşıyıcı malzemedir. Son yıllarda beton teknolojisinde inanılması güç gelişmeler kaydedildi. Sadece 30 yıl önce, inşaatta kullanılan betonun basınç dayanımları en fazla 40 MPa idi. Günümüzde, yapılarda kullanılan betonların basınç dayanımı geçmiş yıllara göre yaklaşık üç kat artmıştır. Özel koşullar altında daha yüksek dayanımlara da ulaşılabilmektedir. Yüksek dayanım; betondaki ve arayüzey bölgesindeki homojenliğin artırılması, boşluk oranının ve mikro çatlakların azaltılması ile olasıdır. Bu da süperakışkanlaştıncılarla birlikte uçucu kül, silis dumanı, granule yüksek firm cürufu, doğal puzolan gibi puzolanik özelikleri de olan ince taneli malzemelerin betona eklenmesi ile sağlanabilir. Betonların sınıflandırılmasında basınç dayanımları esas alınır, ancak modern inşaat mühendisliğinde sınıflandırma için sadece basınç dayanımı yeterli olmamaktadır. Sınıflandırmada dayanımla birlikte dayanıklılık (durabilite) kriterinin de göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Son zamanlarda beton içeriğinde ve teknolojisinde elde edilen gelişmeler sonucu betonlar basınç dayanımlarına göre şu şekilde sınıflandırılmaktadır: (i) konvansiyonel beton - KB, basınç dayanımı 60 MPa' dan düşük olan betonlar; (ii) yüksek mukavemetli beton - YMB, basmç dayanımı 60-90 MPa arasında olan betonlar; (iii) çok yüksek mukavemetli beton - ÇYMB, basınç dayanımı 90-130 MPa arasında olan betonlar; (iv) reaktif pudra betonu - RPB, basmç dayanımı 200-800 MPa arasında olan betonlar; (v) yüksek performanslı hafif beton - YPHB, basınç dayanımı 55 MPa' dan yüksek basınç dayanımına sahip betonlar. Günümüzde yüksek performanslı beton (YPB) olarak adlandırılan yüksek mukavemetli beton (YMB); yüksek binalar, köprüler, deniz yapılan, sığınaklar, nükleer reaktörler gibi çeşitli inşaat projelerinde kullanılmaya başlamıştır. Ancak yüksek dayanım ve dayanıklılık gösteren yüksek performanslı betonlarda ortaya çıkan bazı sakıncaların da dikkate alınması gerekmektedir. Bu sakıncaların en önemlisi betonun gevrek bir davranış göstermesidir. Gevreklik nedeniyle betonun enerji absorpsiyon yeteneği azalmaktadır, ayrıca YPB'larm geçirimsiz bir yapıya sahip olmaları nedeniyle yangına karşı dayanıksızlığı artmaktadır. Yüksek performanslı betonların bu olumsuz özeliklerini yok etmek için betona çeşitli miktar ve tiplerde lif katılması yoluna gidilmiştir. Çeşitli özelikte ve miktarda liflerin betona katılması ile bu sorun ortadan kaldırılabilir. Lifler aynı zamanda YPB'nun basınç ve çekme dayanımını da olumlu yönde etkilemektedir. Yüksek performanslı beton üretiminde en çok çelik lifler kullanılmaktadır. Çelik liflerin betonda kullanımı geçtiğimiz 25 yıl boyunca artmıştır. Çelik lif eklenmesi, harç ve betonun mekanik özeliklerinin, özellikle darbe dayanımı ve xıııtokluğunun önemli ölçüde artmasını sağlamıştır. Lifli betonda lifsiz betona göre oluşan en önemli performans artışı, kırılma sırasında enerji yutma kapasitesinin artmasından ileri gelmektedir. Çelik liflerin yanında polipropilen lifler başta olmak üzere bazı polimer esaslı lifler de kullanılmaktadır. Lifler kompozitlerde tek başlarına kullanılabilecekleri gibi kompozite farklı özelikler kazandırabilmek için diğer liflerle karma bir şekilde de kullanılabilirler. Lif türünün ve oranının kompozit üzerinde ne gibi etkiler yapacağının, hangi özeliklerini iyileştireceğinin ve optimum lif miktarının ne kadar olması gerektiğinin saptanması için daha fazla araştırmalar yapılması gerekmektedir. Çeşitli miktarlarda mezo çelik lif, makro çelik lif ve mikro polipropilen lif içeren çimento esaslı kompozit malzemeler üreterek yüksek dayanım, tokluk ve süneklik sağlayan optimum çözüm bulmak bu araştırmanın esas amacıdır. Böylece betonun liflerle takviyesinde mikro düzeyde hamur, mezo düzeyde harç matrisi ve arayüzler güçlendirilecek, makro düzeyde ise uzun çelik lifler kırılma enerjisinin artmasına katkıda bulunacaktır. Bu çalışmada 11 beton karışımı farklı lifler katılarak üretildi. Kullanılan polipropilen liflerin hacimsel yüzdesi % 0,05 'de sabit tutuldu. Kancalı ve kancasız olmak üzere 3 farklı tipte çelik lif bütün karışımlara eklendi. Çelik lifler, karışım içindeki hacimsel yüzdeleri toplamı % 3 olacak şekilde karışıma farklı miktarlarda katıldı. Bütün karışımlarda, kullanılan bağlayıcı ve karma suyu miktarı aymydı. Silis dumanı, (% 92 SİO2 içeren) çimento ağırlığının % 10'u oranında olmak üzere karışıma bulamaç şeklinde katıldı. Işlenebîlirliği artırmak için yeni tip süperakışkanlaştırıcı (polikarboksilik eter esaslı) kullanıldı. Ayrıca, su/bağlayıcı oram da 0,27'de sabit tutuldu. Elastisite modülü ve standart basınç testleri için 150 mm çapmda ve 300 mm yüksekliğinde silindirler bütün karışımlar için hazırlandı. Yarmada çekme deneyleri için disk numuneler ve kırılma enerjisi deneyleri için de 500 mm uzunluğunda ve 100x100 mm kesitinde kirişler hazırlandı. Kirişlerde açıklığın ortasındaki etkin kesit alam testere ile kesilerek 60x100 mm'ye düşürüldü ve bu deneylerde mesnet açıklığı 400 mm'ydi. Böylece net eğilme dayanımı ve kırılma enerjisi bu çentikli kirişlerden elde edildi. Çelik lif içeren betonların basınç dayanımları, elastisite modülleri, yarmada çekme dayanımları, kırılma enerjileri, net eğilme dayanımları ve karakteristik boylan çelik lif içermeyen betonla karşılaştırıldı. Kırılma enerjisindeki ve mekanik özeliklerdeki artışlar çelik lif tipine ve miktarına bağlıdır. Çelik lif tipine bağlı olarak kırılma enerjisinde ve net eğilme dayanımında artışlar oldu. En yüksek süneklik Dramix RC 65/60 liflerinin kullanıldığı numuneden (R3) ve en yüksek kırılma enerjileri ve net eğilme dayanımları da narinlik oram yüksek olan liflerin kullanıldığı numunelerden elde edildi. Bununla birlikte en az süneklik ise düz kısa kesilmiş liflerin kullanıldığı betonlardan elde edildi. Karma çelik lif içeren numunelerden elde edilen kırılma enerjisi değerleri ise orta seviyede oldu. xıv
Özet (Çeviri)
MECHANICAL BEHAVIOR OF CEMENT BASED COMPOSITES REINFORCED WITH HYBRID FIBRES-AN OPTIMUM DESIGN SUMMARY Concrete is the most widely used structural material in the world. In recent years, incredible advances in concrete technology have been recorded. Only 30 years ago, the maximum compressive strength at the construction site was about 40 MPa. Nowadays, the strength of the concrete used in structures, increased approximately 3 times and even higher strengths can be achieved at special conditions. The high strength can be obtained by reducing porosity, heterogeneity and microcracks in concrete and the transition zone. This can be achieved by using superplasticizers and fine-grained pozzolanic materials such as fly ash, silica fume, granulated blast furnace slag, and natural pozzolan. The basic property that classifies concrete in codes and standards is its compressive strength, but contemporary civil engineering requires not only strength but also durability. According to the latest achievements in concrete ingredients and the technology of production the following cement-based concrete classification is made: (i) conventional concrete -CC, up to grade 60 MPa; (ii) high strength concrete - HSC, grades 60-90 MPa; (iii) very high strength concrete - VHSC, grades 90-130 MPa; (iv) reactive powder concrete - RPC, grades 200-800 MPa; (v) high performance lightweight concrete - HPLC greater than 55 MPa. High performance concretes (HPC), named before high strength concretes, have started to be used in different construction projects such as tall buildings, bridges, marine and sea structures, shelters and nuclear reactors. On the other hand, high performance concretes which have high strength and durability have also some disadvantages. Brittleness is the most important disadvantage of HPC because energy absorption capacity is reduced by this behavior. Furthermore, fire resistance of HPC decreases because of its tough microstructure. This disadvantage can be eliminated by mixing different types and quantities of fibres to concrete. At the same time, fibres do positive effect on both compressive and tensile strength too. The most common used fibres are steel fibres in the production of HPC and the usage of it has been increasing along the last 25 years. The addition of steel fibres significantly improves many of the mechanical properties of mortar and concrete, notably impact strength and toughness. The enhanced performance of fiber- reinforced concrete compared to its unreinforced counterpart comes from its improved capacity to absorb energy during fracture. Beside steel fibres, some polymeric fibres, especially polypropylene, are also started to use in reinforced concretes. xvThese fibres can be used by one type in a cement-based concrete, however, they can be added as hybrid to strengthen different properties of concrete. This subject is so new that further investigation is needed to understand which type and what quantity would be used to affect the required properties positively, and what optimum fibre quantity is. The basic objective of this research is providing optimum solution for obtaining high values of strength, toughness and ductility by producing cement based composite materials including meso steel fibres, macro steel fibres and micro polypropylene fibres. Thus, paste at micro level, mortar matrix and interfaces at meso level would be strengthened and long steel fibres contribute to the increase of energy during the fracture at macro level. In this research, eleven concrete mixtures with different fibres were produced. In all mixtures, the volume fraction of polypropylene fibre was kept constant at 0.05 %. Three different steel fibres with and without hooked ends were added to each mixture. The volume fraction of each steel fibre was variable, but their total volume fractions were kept constant at 3 %. In all mixtures, the amount of binder and mixing water were the same. The silica fume (92 % SİO2 content), used in the form of slurry, was 1 0 % by weight of cement. A new generation type superplasticizer (polycarboxylate ether based) was used for all mixtures. In all mixtures the water-binder ratio was kept constant at 0.27. For both the modulus of elasticity and the standard compressive tests cylinders of 150 mm. diameter and 300 mm. height were prepared for all mixtures. Disc specimens were used for the splitting tensile tests. The beams prepared for the fracture energy tests were 500 mm. in length and 100x100 mm in cross section. The effective cross-section at the mid-span, however, was reduced to 60x100 mm by means a saw cut and the length of support span was 400 mm. Thus, the net bending strength and the fracture energy were obtained on these notched beam specimens. Compressive strength, modulus of elasticity, splitting tensile strength, fracture energy, net bending strength and characteristic length of concretes with steel fibres are compared to concrete without steel fibres. The increase in fracture energy and mechanical properties depends on the type and amount of steel fibre used. The type of steel fibre increases both net bending strength and fracture energy. The highest ductility is obtained on concrete with Dramix RC 65/60 (R3). High values for both fracture energy and net bending strength are obtained in steel fibre reinforced concretes with high aspect ratios. Low ductility, however, is obtained in concretes with straight short cut steel fibre. The intermediate fracture values are obtained in concretes with hybrid steel fibres. xvi
Benzer Tezler
- Effects of twin serew compounding conditions on the mechanical properties of nylon-6 glass fiber composites
Çift burgulu ekst-under çalışma şartlarının cam elyaf takviyeli naylon-6 karma malzemesinin mekanik özelliklerine etkisi
MURAT CANSEVER
Yüksek Lisans
İngilizce
1999
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜLKÜ YILMAZER
- Karma sistemlerin tümleyen değişkenli modelleri
Complementarity modeling of hybrid system
SELİM TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. KÜLMİZ ÇEVİK
- Çok seviyeli üretim sistemlerinde karma modelli montaj hattı sıralama problemleri ve yeni çözüm önerileri
Mixed-model assembly line sequencing problems and new solution algorithms in multi-level production systems
SERVET HASGÜL
Doktora
Türkçe
1999
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. EKREM ÖZKUL
- Karma yeme ilave edilen kurutulmuş domates posası düzeyinin sütten kesilmiş kıl keçisi oğlaklarının besi performansları üzerine etkisi
Effects on growth performance of dried tomato pulp supplemented to diets in weaning hair goat kids
TANER GÖKDOĞAN
- İzmir'deki bazı yem fabrikalarında üretilen değişik türden karma yemlerin enerji içerikleri üzerinde bir araştırma
Başlık çevirisi yok
ÜLKÜ YÜZBAŞIOĞLU