Geri Dön

Influence of self healing on the mechanical properties of geopolymer binder composites

Kendiliğinden iyileşmenin jeopolimer bağlayıcılı kompozitlerin mekanik özellikleri üzerine etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 651270
  2. Yazar: BEHLÜL FURKAN ÖZEL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 173

Özet

Tasarlanmış jeopolimer bağlayıcılı kompozitler, hali hazırda dünya genelinde artan nüfus ile birlikte kullanımı gün geçtikçe çoğalan ve bunun yanında insan kaynaklı karbondiksit (CO2) salınımının %8'inden sorumlu olan Portland çimentosuna (PÇ) alternatif olarak geliştirilen jeopolimer malzemesi ile, şekil değiştirme sertleşmesi özelliğinin yanında çoklu mikro-çatlak hasar oluşumu sayesinde geleneksel betondan yüzlerce kat daha sünek bir malzeme olan tasarlanmış çimento bağlayıcılı kompozit (ECC) malzeme teknolojilerinin kombinasyonu sonucu ortaya çıkmıştır. Portland çimentosu kullanım oranının her geçen gün artmasıyla birlikte, çevreye verilen zarar da artmaktadır. PÇ'ye alternatif olarak geliştirilen, uçucu kül ve metakaolin gibi alüminosilikat esaslı endüstriyel yan ürünlerin alkali çözeltilerle aktive edilmesi ile elde edilen yeni nesil çevre dostu malzemelere jeopolimer adı verilmektedir. Jeopolimer malzemesi yüksek dayanımı, ısıl direnci ve çevre dostu olması gibi özellikleriyle ön plana çıksa da, betona benzer şekilde doğası gereği gevrek bir malzemedir. Bu nedenle, halihazırda çok yönlü uygulamaları için çok elverişli olmayan jeopolimer malzemesinin tam anlamıyla uygulanabilirliğinin sağlanması için öncelikli olarak süneklik probleminin ortadan kaldırılması gerekmektedir. Bunun yanında, mikro mekanik tabanlı tasarım yaklaşımı sayesinde yüksek mertebelerde deformasyon yapabilme kapasitesine sahip olan ECC, yüksek dayanım, süneklik ve dayanıklılık özellikleri sayesinde yıllardır barajlar, köprü ayakları ve çeşitli özel gereksinim gerektiren geniş çaplı saha uygulamalarında kullanılmış ve uygulanabilirliği ispatlanmıştır. Bu nedenle, gerek sürdürülebilirlik ve doğal kaynakların korunması gerekse gelişen sanayi ve teknoloji ile birlikte yüksek dayanım, süneklik ve durabiliteye olan ihtiyacın giderilebilmesi sebebiyle tasarlanmış jeopolimer bağlayıcılı kompozitlerin geliştirilmesi oldukça önemlidir. İnşaat yıkıntı atıkları (İYA), dünya genelinde artan nüfusun da etkisiyle büyüyen problemlerin başında gelmektedir. Altyapısal sistemlerin geliştirilmesi, kentsel dönüşüm, yapım/yıkım ve onarım işlemleri sonucunda ortaya çıkan ve miktarı gün geçtikçe artan İYA, depolanması, temiz içme sularına ve toprağa karışması ve doğal kaynakların kirlenmesi gibi sebeplerden dolayı oldukça ciddi bir problem teşkil etmektedir. Bu nedenle bu problemin ortadan kaldırılması adına akılcı çözümler gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, jeopolimerizasyon tekniği ile hali hazırda dünya genelinde var olan atıkların çoğunluğunu oluşturan İYA'nın geri dönüştürülerek tekrar kullanımının önünün açılması planlanmaktadır. Alüminosilikat kaynağı olması ve temin edilmesinin oldukça kolay olması sebebiyle İYA'ların jeopolimerizasyon için oldukça uygun olduğu düşünülmektedir. Altyapısal problemler, uygulamalardaki sıkıntılar ve sert çevresel faktörler sebebiyle geleneksel betonda çatlaklar meydana gelebilmekte ve oluşan bu çatlaklar dayanım ve dayanıklılık özelliklerini olumsuz etkilemektedir. Çatlaklı halde bu özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla kimi zaman hızlı müdahalede bulunup, tamir ve onarım işlemlerine başlanması gerekmektedir. Ancak, geleneksel bakım onarım işlemleri tam manasıyla sorunları ortadan kaldırmamakta, bazı durumlarda yapısal kısıtlamalar nedeniyle hiç bakım ve onarım yapılamamaktadır. Gelişen teknoloji sayesinde üretilen hızlı tamir harçları ve diğer onarım malzemeleri de maliyet açısından sonucun etkili olmamasına yol açabilmektedir. Bu nedenle dışarıdan herhangi bir müdahale olmaksızın malzemenin kendi hasarını kendisinin onarabilmesi, maliyet ve iş gücününün ortadan kaldırılması ve malzeme hizmet ömrününün arttırılması kullanışlı bir yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır. Kendiliğinden iyileşme davranışı, neredeyse bütün Portland çimentolu sistemlerde gözlemlense de, çoklu mikro-çatlak yapısı oluşturabilen ECC malzemesi ile birlikte oldukça efektif bir hal almaktadır. Literatürde yapılan çalışmalar ışığında kendiliğinden iyileşmenin her ne kadar geleneksel beton malzemesinin özelliklerine olan etkisi ortaya konmuş olsa da, halihazırda jeopolimer bağlayıcılı sistemlerde kapsamlı bir çalışma gerçekleştirilmediğinden kendiliğinden iyileşme mekanizmasının jeopolimer bağlayıcılı sistemlerde işleyişi tam manasıyla bilinmemektedir. Bu yüksek lisans tez çalışmasının temel amacı, %100 inşaat yıkıntı atıklarından elde edilen jeopolimer bağlayıcılı matrise sahip, çoklu mikro-çatlak hasarı göstermek suretiyle şekil değiştirme sertleşmesi davranışı sergileyerek yüksek mekanik performans gösteren çevre dostu tasarlanmış jeopolimer bağlayıcılı kompozitlerin üretilmesi ve bu kompozitlerde kendiliğinden iyileşme davranışınının kompozit malzemelerin mekanik özellikleri bakımından incelenmesidir. Tez çalışmasının odak noktaları olan kompozit geliştirme ve otojen kendiliğinden iyileşme davranışının incelenmesi adına gerçekleştirilen kapsamlı laboratuvar çalışmalarının yanında SEM-EDX, XRD ve FTIR gibi kimyasal analizler de yapılarak geliştirilen kompozitlerin mikro yapılarının araştırılması amaçlanmıştır.

Özet (Çeviri)

Engineered geopolymer composites (EGC), is emerged through a combination of the geopolymer material developed as an alternative to Portland cement (PC), whose usage is increasing day by day with the growing population around the world and which is responsible for 8% of human-induced carbon dioxide (CO2) emission, together with the engineered cementitious composite (ECC) technology that is hundreds of times more ductile than conventional concrete by exhibiting strain hardening response and multiple micro-crack formation. As the rate of usage of Portland cement increases with each day, the harm to the environment also increases. For this reason, new generation environmentally friendly materials developed as an alternative to PC, obtained by activating aluminosilicate-based industrial by-products such as fly ash and metakaolin, with alkaline solutions are called geopolymers. Although the geopolymer material stands out with its high strength, thermal resistance, and environmental friendliness, it is a brittle material by nature, just like concrete. For this reason, the ductility problem must be eliminated to ensure the applicability of the geopolymer material, which is currently not very suitable for large-scale field applications. In addition, ECC, which can able to make high levels of deflection thanks to its micro-mechanical based design approach, has been used for years in dams, bridge-deck slabs, and large-scale field applications with various special requirements through its high strength and durability features and its applicability have been proven. For this reason, it is very important to develop engineered geopolymer composites due to the sustainability, protection of natural resources, and to meet the requirement for high strength and durability with the developing industry and technology. Construction demolition wastes (CDW) is one of the growing problems with the effect of the increasing population worldwide. Construction demolition wastes that emerged with the development of infrastructural systems, urban transformation, construction/demolition, and repair processes, constitute a serious problem due to the storage, pollution of natural resources, mixing with lean drinking water and soil. Therefore, rational solutions are required to eliminate this problem. In this thesis study, it is planned to recycle and reuse of CDW, which constitutes the majority of the wastes currently available worldwide, with the geopolymerization technique. Since it is an aluminosilicate source and easy to obtain, it is thought that CDWs are very suitable for geopolymerization. Cracks may occur in concrete due to infrastructure problems, difficulties in applications, and harsh environmental factors, and sometimes the properties of the material cannot be recovered as these cracks negatively affect both strength and durability. In this case, it is necessary to intervene as quickly as possible and begin the maintenance and repair processes. However, traditional maintenance and repair processes do not eliminate the problems, and in some cases, no maintenance and repair can be made due to structural constraints. Fast repair mortars and other repair materials produced by the developing technology also cause the result to be ineffective in terms of the high cost. For this reason, the self-repairing of the material without any external intervention eliminates cost/labor and increases the service life of the material. Although self-healing is observed in almost all types of Portland cement, it becomes very effective with the ECC material that can form multiple micro-cracks. Thanks to the researches in the literature, the effect of self-healing on the properties of concrete has been proven. However, a comprehensive study has not been performed in geopolymer systems yet, and therefore the functioning of the self-healing mechanism in geopolymer material is not fully known. The main purpose of this master's thesis study is to produce environmentally friendly engineered geopolymer composites that are obtained from 100% construction demolition wastes, exhibit high mechanical performance, can make high deflection by demonstrating strain hardening, can create multiple micro-crack damages, and to examine the effects of the self-healing behavior that have not found a chance to be studied much in the literature, on the mechanical properties of engineered geopolymer composites. To examine the composite development and autogenous self-healing behavior, which are the main points of the thesis, it is aimed to investigate the microstructure of the composites obtained by chemical analysis such as SEM-EDX, XRD, and FTIR, as well as comprehensive laboratory studies.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    520269

    Development of a self-healing asphalt mixture through the use of encapsulated healing agents

    İyileştirici maddeler içeren kapsüller kullanılarak kendini onarabilen bitümlü sıcak karışımların geliştirilmesi

    ERKUT YALÇIN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    İnşaat MühendisliğiFırat Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET YILMAZ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALVARO GARCIA HERNANDEZ

  2. Tez No

    612156

    Kıkırdak doku hasarı tedavisinde kullanılmak üzere lif kabağı katkılı ipek-kitosan hidrojel doku iskelelerinin üretimi

    Production of luffa cylindrica reinforced silk fibroin-chitosan hydrogel scaffolds for cartilage tissue defects

    İBRAHİM ERKUT ÖZER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    BiyomühendislikDokuz Eylül Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYLİN ZİYLAN

  3. Tez No

    431157

    Sürdürülebilir altyapılar için yeni nesil akıllı çimento bağlayıcılı kompozit malzemelerin geliştirilmesi

    Development of new generation smart cementitious composites for sustainable infrastructures

    GÜRKAN YILDIRIM

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN

  4. Tez No

    856757

    Antibakteriyel özelliklere sahip ve kendi kendini iyileştirebilen yara örtüsü olarak kullanılabilecek polivilin alkol esaslı hidrojellerin geliştirilmesi

    Development of polyvinyl alcohol based hydrogels with antibacterial properties and can be self-heali̇ng used as wound dressings

    NİMET RUMEYSA KARAKUŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    BiyomühendislikSakarya Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MAHMUT ÖZACAR

  5. Tez No

    517426

    Mechanical behavior of self-compacting fiber reinforced concrete at elevated temperatures

    Lif takviyeli kendiliğinden yerleşen betonun yüksek sıcaklıklardaki mekanik davranışı

    KHAMEES NAYYEF ABDULHALEEM ABDULHALEEM

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    İnşaat MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULKADİR ÇEVİK

    YRD. DOÇ. DR. MEHMET EREN GÜLŞAN

Geri Dön