Geri Dön

Effect of particle packing on properties of heavyweight and sef-compacting concrete mortar

Doldurma yoğunluğunun kendiliğinden yerleşen ağır beton harcı üzerine etkileri

PDF İndir

  1. Tez No: 696600
  2. Yazar: ALPER ORHUN ERÜZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MUSTAFA HULUSİ ÖZKUL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2021
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 87

Özet

Beton, mukavemeti, dayanıklılığı, kolay bulunurluğu ve çok yönlülüğü nedeniyle dünyada en çok üretilen malzemesi kompozit malzemedir. Beton, taze ve sertleşmiş halde istenen özelliklerini yerine getirmek için su, çimento, iri ve ince agrega gibi bileşenlerden ve gerektiğinde kullanılan kimyasal ve mineral katkılardan oluşur. Beton katkılarının bir çoğu yaygın olarak diğer endüstriyel süreçlerin yan ürünü olarak üretilir ve beton üretiminde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Kimyasal, bağlayıcı etkiye sahip puzolanlar gibi mineral veya lifler gibi katkıların etkileri sadece nihai basınç dayanımı ile sınırlı olmayıp aynı zamanda yaş betonun reolojik özelliklerini, erken yaş karakteristiklerini ve diğer özelliklerini de içerir. Bunlara ek olarak mekanik dayanımlardan olan deformasyon kapasitesi, eğilme, çekme ve eğilme dayanımları da katkılar ile isteğe bağlı olarak ayarlanabilir. Dolayısıyla karışımdaki malzemelerin oranlanmasının amacı isteğe bağlı olarak, maksimum birim ağırlığa, belirli bir yaşta dayanım ve dayanıklılığa, boyutsal kararlılığa ve bunlarla birlikte optimum işlenebilirlik ve akışkanlığa sahip ancak ayrışmayacak bir beton elde etmektir. Bu çalışmada, kendiliğinden yerleşen ağır beton harcında doldurma yoğunluğunun, bir diğer adıyla paketleme yoğunluğunun etkisi araştırılmıştır. Paketleme yoğunluğu, birim hacimdeki katı bileşenlerin toplam hacme oranı olarak tanımlanır. Betondaki dayanıklılık ve dayanım gibi özelliklere ulaşmak adına dolgu yoğunluğunun artırılması arzu edilen bir yöntemdir. Özelliklerdeki artışlar, isteğe bağlı olarak betonun taze veya sertleşmiş halinde veyahut her iki halinde de etkisini gösterebilir. Agregaların beton içerisindeki oranının artışı diğer malzemeler için kalan boşluk hacmini azaltır. Bu azalan boşluk hacmi, agregaların arasındaki boşlukları doldurmak ve agregaları bağlamak için ihtiyaç duyulan çimento miktarının en aza indirilmesine izin verir. Bu durum sayesinde daha az çimento kullanımı ile beton üretim maliyeti düşürülebilir. Çimento miktarı düşürüldüğünde su miktarının değiştirilmemesi durumunda ise, serbest su, hamurun akışkanlığını artırmaktadır. Düşürülen çimento miktarı ile birlikte su/çimento oranı sabit tutulmak istediğinde ise, birim hacimde daha az su kullanılacağından ötürü boşlukların sayısında ve hacimlerinde azalma olur. Bu azalma betonun durabilitesini ve uzun vadede dayanıklılığını artırmaktadır. Araştırmanın bir diğer ana konusu ise ağır betonlardır. Ağır betonlar, içerisinde kullanılan agregaların yüksek yoğunluğundan kaynaklanan yüksek birim ağırlıkları sebebiyle bu adı almışlardır. 2600 kg/m3 üzerinde birim ağırlığa sahip olan betonlar ağır beton olarak adlandırılmaktadırlar. Bu birim ağırlığa sahip olmak için gereken yüksek yoğunluklu doğal agregalara örnek olarak barit, manyetit, hematit ve serpantin; yapaylara ise çelik bilyeler, kurşun içeren taneler verilebilir. Ağır betonlar çeşitli projelerde kendilerine yer bulmaktadırlar. Gelişiminin ilk aşamasında devrilmeye yatkın yapıların dengelerini sağlamak için üretilmişlerdir. Buna ek olarak sürekli titreşim altında bulunan makinelerin stabilitesini sağlamak ve uzun ömürlü beton elde etmek adına kullanılmaktadırlar. Nükleer teknolojinin gelişimi ile radyasyon geçirimsizliğini sağlamadaki faydalarının fark edilmesi ile birlikte, ağır betonlar bu alandaki açığı kapatmaktadır. Sivil nükleer alanda, nükleer santrallerin yapımında, hastanelerin radyasyon yayan aletlerinin bulundağu odalarda ve çeşitli laboratuvarlarda geçirimsizlik önlemi olarak kullanılmaktadırlar. Kendiliğinden yerleşen beton 1986 yılında Japonya'da Okamura tarafından sualtı betonu olarak geliştirilmiştir. Uygulamadaki zorluklardan ötürü taze hamurun akışkan ancak dağılmayan bir yapıda olması gerekmektedir. Bu durum ise süper akışkanlaştırıcıların kullanılmasını gerekli kılmaktadır. Ancak süperakışkanlaştırıcıların kullanımının sonuçlarından biri de hamuru ayrışmaya yatkın hale getirmesidir. Sorunu çözmek adına beton karışımındaki ince tanelerin yani çimento, mineral katkılar ve ince agregaların oranı arttırılmış ve akıcı ancak vizkozitesi yüksek, kendi ağırlığı altında yerleşen ve ayrışmayan bir beton elde edilmiştir. Tez kapsamında üretiliecek harçların karışım hesabını elde etmede Elkem Yapı Kimyasalları'nın EMMA yazılımı ile oluşturulan referans eğrileri kullanılmıştır. Modifiye Andreassen modelini kullanan bu yazılım, içerisine aktarılan malzemelerin granülometrisini kullanarak, referans eğrisine olabildiğince yakın ve dolayısıyla optimum doldurma yoğunluğu elde etmeye yardımcı olmaktadır. Buna ek olarak bu modelin formülasyonunda bulunan, tanelerin boyut dağılımlarının alt ve üst limitleri ile, q üssel dağıtma katsayısının belirlenmesi gerekmektedir. Kullanılacak malzemelerin tane boyut dağılımlarına bakılarak, harcın boyut limitleri belirlenmiştir. Kullanılacak en büyük taneler 3 mm ile sınırlandırılmış olup bundan ötürü tüm tane grıplarındaki referans eğrinin üst limiti 3 mm olarak belirlenmiştir. Alt limit ise kullanılan mineral katkıya bağlı olarak değişkenlik göstermiştir. Tane boyut dağılımlarından ötürü referans ve mikrosilika grupları için alt sınır 1 mikron olarak seçilmiştir. Nanosilikaların boyut dağılımı incelendiğinde ise en küçük tane boyutu 10 nm olduğu görülmüştür. Nanosilikanın boyutlarından dolayı alt sınır, nanosilica ve grupları için 10 nm olarak belirlenmiştir. Kendiliğinden yerleşen betonlar için önerilen q dağılım katsayısı 0,22 ila 0,25 arasında seçilmiştir. Mikrosilika, nanosilika ve polimer kombinasyonları ile altı numune grubu oluşturulmuştur. Referans grupları pozzolan katkısı içermeyip karşılaştırma için temel oluşturmaktadır, diğer gruplar ise mikrosilika grupları ve son olarak nanosilika ve mikrosilikayı içeren kombine gruplardır. Her grubun ayrıca bir polimer katkı bulunduran varyasyonu üretilmiştir. Deneysel çalışma iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak taze haldeki beton harcının yayılmasını istenilen düzeye getirmek ve su ihtiyacını belirlemek için yayılma testi yapılmıştır. Yayılma testi yapılan bu numuneler, sonrasında birim ağırlık testine tabii tutulmuşlardır. İçerisindeki su miktarı istenen seviyeye ulaşan numunelerin paketleme yoğunlukları yine bu esnada, birim hacimden su miktarının çıkarılması ile hesaplanmıştır. İkinci aşama ise sertleşmiş beton harcı üzerindeki testleri barındırmaktadır. Toplam altı numune grubundan üçer adet 4x4x16 cm boyutlarında prizmatik numuneler hazırlanmıştır 28 gün su içerisinde kürünü tamamlayan numuneler dış etkilere kapalı, oda sıcaklığındaki odada bir gün kurumaya bırakılmışlardır. Bir gün sonunda kuruyan numuneler üzerinde üç nokta eğilme deneyi ve elde edilen parçalar üzerinde basınç deneyi uygulanmıştır. Test edilen numunelerden grupların her birinden bir adet numune, fırın kuruluğuna ulaşması için 40 saat boyunda 70 derece sıcaklıkta kurutulmuşlardır. Bu süre sonunda numuneler fırından çıkarılıp soğutulmuş ve boyutları ve ağırlıkları ölçülmüştür. Ağırlıkları ölçülen numunelerin birim ağırlıkları hesaplanmıştır. Fırından çıkarılıp özellikleri ölçülen numuneler daha sonra, kılcal geçirimlilik deneyi için alt yüzeyleri açıkta kalmak üzere, yan yüzeylerinden parafin ile kaplanmışlardır. Bu numunelerin ağırlıkları tekrar ölçülüp, sığ su dolu bir kap içerisine yerleştirilmişlerdir. Düzenli aralıklar ile su emme değerleri ölçülüp not edilmiştir. Bu değerler üzerinden kılcal geçirimlilik katsayısı hesaplanmıştır. Bu testlerin sonuçları incelenerek şu değerlendirmeler yapılmıştır; puzolan ve polimer katkılarının doldurma özellikleri nedeniyle , boşlukların azalarak paketleme yoğunluğunun artırdığının söylenmesi mümkündür. Ayrıca deney gruplarının polimer katkı içeren varyasyonlarının sonuçlarına bakıldığında yayılma değerleri azaldığı gözlenmiştir. Sertleşmiş beton üzerinden yapılan testlerde elde edilen sonuçların incelenmesinde ise mineral katkı içeren grupların birim ağırlık ve basınç testi sonuçları, referans veya polimer içeren numunelerden daha yüksek olduğu görülmüştür. Polimer katkısı genel olarak kılcallık katsayısını azaltmıştır. Polimer katkısı içeren numunlerin, basınç dayanımınının azaldığı, ancak eğilme dayanımınının arttığı gözlemlenmiştir.

Özet (Çeviri)

Concrete is a composite material that is also the most produced material in the world due to its strength, durability, availability, and versatility. It consists of proper proportioning of ingredients such as water, cement, coarse and fine aggregates, along with the chemical and mineral admixtures if required, in order to fulfill the desired characteristics of concrete in the fresh and hardened states. Most of the mineral admixtures are commonly produced from other industrial processes and have a wide range of usage in concrete production. The effects of the products such as organic admixtures, mineral admixtures, such as pozzolans, as supplementary cementitious materials, fibers, polymers, etc., are not only limited to the final compressive strength but also rheological properties, early-age characteristics, properties according to the capacity of deformation and, durability aspects. Hence the aim of the mixture proportioning is to obtain a concrete that will have optimum workability and flowability together with the required unit weight, strength at a specified age, dimensional stability, and desired durability. In this study, the effect of packing density on heavyweight and self-compacting mortar is investigated. The packing density is known as the solidity of material which is defined as the fraction of solid ingredients to the total volume of material. The increase in the packing density is a desired objective in order to reach greater properties in concrete. The increase in the properties happens both in the fresh and hardened state of concrete. A higher packing degree of aggregates leads to an increase of solid materials in the unit volume of concrete. The remaining void volume allows for the minimization of the amount of cement needed in the same volume to fill the gaps between particles. Therefore, the cost of producing concrete can be reduced with less usage of cement. To achieve these goals, the modified Andreassen packing model is used. Another main topic of the investigation is heavyweight concrete. Heavyweight concretes are known for their exceptional unit weights, above 2600 kg/m3, that stem from the high density of the aggregates. Heavyweight concrete is used in several means in modern society. In the beginning, the reason behind the development of such material was increasing the stability of constructions that inclined to overturn or applications including constant vibration such as heavy machinery. Later with the introduction of nuclear technology in the civilian field, the power plants of such kind required shielding for the radiation, and the heavyweight aggregate was found suitable for this application. The SCC is developed in 1986 by Okamura in Japan as an underwater castable concrete. The high flowability is a direct result of the superplasticizer content. However, the very high amount of superplasticizer causes segregation in concrete, and to solve this problem, the fine materials are increased. Due to its high ratio of fine particles, which include cement, mineral admixtures, and fine aggregates, the concrete obtains high viscosity. For the experimental part, reference curves created via software EMMA and gradiation of the ingredients of the mortar is adjusted accordingly. The limitations were selected as 3 mm for upper and 1 micron for reference and micro silica groups. The lower boundary set 10 nm for nano silica groups. The q distribution factor is selected between 0.22 to 0.25 in order to achieve the fineness for SCC. Six sample groups are created with combinations of micro silica, nano silica, and polymer. There are reference groups, which contain no pozzolan, micro silica groups, and lastly, nano silica - micro silica combined groups. Each group also contains polymer added mixtures. Flow test, unit weight test, and packing density were determined in the fresh state. In the hardened state, compressive strength, flexural strength, water absorption, and unit weight tests were conducted. According to test results, the packing density increases with the pozzolan and polymer addition due to their filling ability of the voids. Flow values diminished by polymer variations. Unit weight and compressive is found higher in pozzolanic groups than reference or polymer variations. Polymer addition decreases water absorption in general. It was also found that polymer addition decreases compressive strength but increases flexural strength. Further research is required for further clarifications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    506740

    Kahramanmaraş (Şekeroba) baritinin ağır beton tasarımında paketleme modeliyle değerlendirilmesi

    Evaluation of Kahramanmaras (Sekeroba) barites for heavyweight concrete mixture design by packing model

    BATUHAN GÜREŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Jeoloji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. YILMAZ MAHMUTOĞLU

    PROF. DR. YILMAZ AKKAYA

  2. Tez No

    478606

    Ultra yüksek performanslı çimento esaslı ağır kompozit malzemelerin radyasyon zırhlama özelliklerinin araştırılması

    Investigation of radiation shielding properties of ultra high performance cement based heavy composite materials

    MUZAFFER MANSUR TÜFEKÇİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. AHMET GÖKÇE

  3. Tez No

    97514

    The Effect of aggregate packing on strength of concrete

    Agrega paketlemenin beton dayanımına etkisi

    TARKAN BARIN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA TOKYAY

  4. Tez No

    579887

    Effects of particle size optimization on the self-healing behavior of engineered cementitious composites

    Tane boyutu optimizasyonunun tasarlanmış çimentolu kompozitlerde kendiliğinden iyileşme davranışına etkisi

    KAMİL TEKİN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    İnşaat MühendisliğiMuğla Sıtkı Koçman Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜLEYMAN BAHADIR KESKİN

  5. Tez No

    789279

    Enginar bitkisi katkılı AYPE ve geri dönüştürülmüş AYPE ile ambalaj üretimi ve karakterizasyonu

    Artichoke plant additive production and chacarterization of packing with LDPE and recyled LDPE

    HÜLYA SEVEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Polimer Bilim ve Teknolojisiİzmir Katip Çelebi Üniversitesi

    Biyokompozit Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ÖZGÜR SEYDİBEYOĞLU

Geri Dön