Bazalt lif, nano TiO2 ve nano Fe2O3 katkili beton yolun mekanik özelliklerinin Taguchi yöntemiyle analizi
Analysis of mechanical properties of concrete road containing basalt fiber, nano TiO2 and nano Fe2O3 using Taguchi method
- Tez No: 973297
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET TORTUM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Ulaşım, İnşaat Mühendisliği, Transportation, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Yüksek Dayanımlı Beton, Beton Yol, Taguchi Metodu, Bazalt Lif, Nano tozlar, High Strength Concrete, Concrete Road, Taguchi Method, Basalt Fiber, Nano powders
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Amaç: Bu çalışmanın amacı, geleneksel beton yol kaplamalarına kıyasla mekanik özellikleri ve dayanıklılığı daha üstün, yüksek dayanımlı bir beton karışımı geliştirmektir. Bu doğrultuda, betonun basınç ve eğilme dayanımını artırmak ve aşınma direncini iyileştirmek için bazalt lif, nano Fe₂O₃, nano TiO₂ ve uçucu kül kullanımının etkileri incelenmiştir. Yöntem: Deneysel tasarım ve optimizasyon süreci için Taguchi Metodu kullanılmıştır. Su/bağlayıcı oranı, uçucu kül, nano Fe₂O₃, nano TiO₂ ve bazalt lif parametre olarak belirlenmiştir. L16 ortogonal dizinine göre hazırlanan 16 grup numune üzerinde basınç, eğilme ve aşınma deneyleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar, Sinyal/Gürültü (S/N) oranı ve Varyans Analizi (ANOVA) ile analiz edilerek her bir performans hedefi için teorik optimum karışımlar belirlenmiştir. İkinci aşamada, bu üç optimum karışım (basınç dayanımı için optimize edilen karışım (BDO), eğilme dayanımı için optimize edilen karışım (EDO), aşınma direnci için optimize edilen karışım (ADO)) doğrulama numuneleri olarak üretilmiş, test edilmiş ve mikro yapısal özellikleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve gaz adsorpsiyon yöntemi (BET) ile incelenmiştir. Bulgular: Doğrulama deneylerinin bulguları, Taguchi metodolojisinin her bir performans hedefini başarılı bir şekilde optimize etme kabiliyetini ortaya koymuştur. Nitekim, BDO karışımı 61,20 MPa ile en yüksek basınca ulaşırken, EDO karışımı 10,58 MPa ile en yüksek eğilme dayanımını ve ADO karışımı ise 3,51 g ile en düşük kütle kaybını sergilemiştir. Her bir optimum karışımdan elde edilen bu üstün sonuçların S/N oranlarının, modelin öngördüğü istatistiksel güven aralıkları içinde kaldığı da teyit edilerek, optimizasyonun başarısı istatistiksel olarak da kanıtlanmıştır. Sonuç: Çalışma, lif ve nanomalzeme katkılarıyla beton yol kaplamalarının özelliklerinin hedefe yönelik olarak iyileştirilebileceğini kanıtlamıştır. ANOVA sonuçlarına göre, basınç ve eğilme dayanımını en çok etkileyen parametre bazalt lif olmuştur. Aşınma direncini ise en çok nano Fe₂O₃, düşük su/bağlayıcı oranı ve yüksek uçucu kül miktarı iyileştirmiştir. SEM ve BET analizleri, üstün performans gösteren her bir karışımın kendine özgü, yoğun ve iyi kenetlenmiş bir mikro yapıya sahip olduğunu doğrulamıştır.
Özet (Çeviri)
Purpose: The aim of this study was to develop a high-strength concrete mixture with superior mechanical properties and durability compared to conventional concrete pavements. In order to this end, the effects of utilising basalt fibre, nano-Fe2O3, nano-TiO2, and fly ash to enhance the compressive and flexural strength of concrete, and to improve its abrasion resistance, were investigated. Method: The Taguchi Method was utilised for the experimental design and optimization process. The parameters of water/binder ratio, fly ash, nano Fe2O3, nano TiO2 and basalt fibre were determined. A series of experiments were conducted on 16 groups of samples, meticulously prepared according to the L16 orthogonal array, to assess the material's resistance to compression, flexure, and abrasion. The obtained results were analysed using the Signal-to-Noise (S/N) ratio and Analysis of Variance (ANOVA) to determine the theoretical optimum mixtures for each performance target. In the second stage, these three optimum mixtures (mixture optimized for compressive strength (CSO), mix optimized for flexural strength (FSO), and mix optimized for abrasion resistance (ARO)) were produced and tested as validation samples, and their microstructural properties were investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Gas Adsorption Method (BET). Findings: The findings of the validation experiments demonstrated the Taguchi methodology's ability to successfully optimize each performance target. As a consequence of the experimental process, it was established that the CSO mixture achieved the highest pressure at 61.20 MPa, the FSO mixture the highest flexural strength at 10.58 MPa, and the ARO mixture the lowest mass loss at 3.51 g. The superiority of the results obtained from each optimum mixture was confirmed by verifying that the S/N ratios fell within the statistical confidence intervals predicted by the model, thus statistically proving the success of the optimisation. Results: The study demonstrated that the properties of concrete pavements can be targetedly improved with fibre and nanomaterial additives. As indicated by the results of the one-way analysis of variance (ANOVA), basalt fibre exhibited the most significant effect on compressive and flexural strength. The most significant enhancement in abrasion resistance was observed in samples with a nano-Fe₂O₃ composition, a low water-to-binder ratio, and a high fly ash content. Subsequent SEM and BET analyses confirmed that each superior-performing mixture had a unique, dense, and well-interlocked microstructure.
Benzer Tezler
- Nano titanyum dioksit içeren cüruf tabanlı geopolimer harçların donma-çözülme dayanıklılığı ve kendi kendini temizleme özelliklerinin incelenmesi
Investigation of freeze-thaw resistance and self-cleaning properties of slag based geopolymer mortars containing
ATİLLA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
İnşaat MühendisliğiFırat Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HARUN TANYILDIZI
- Karma lif kullanılan yüksek performanslı nano beton üretimi
High performance nano concrete production using mixed fiber
ENİS BİLİM
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat MühendisliğiDüzce Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERKAN SUBAŞI
- Nano selüloz lif katkısının çimento esaslı sistemlerin reolojik ve mekanik özelliklerine etkileri
Effects of nano cellulose fiber on rheological and mechanical properties of cement-based systems
ÜMRAN AKARSU
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DİDEM OKTAY
DOÇ. DR. BÜŞRA AKTÜRK
- Hegzagonal bor nitrür katkılı karbon/bazalt hibrit kompozitlerin karakterizasyonu ve mekanik özelliklerinin araştırılması
Characterization and investigation of the mechanical characteristics of hexagonal boron nitride doped carbon/basalt hybrid composites
FATMA BAKAL GÜMÜŞ
Doktora
Türkçe
2021
Makine Mühendisliğiİskenderun Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET YAPICI
- Endüstriyel atık, lif ve nanomalzeme kullanılarak güçlendirilmiş killi zeminlerin dayanım özelliklerinin incelenmesi: Deneysel yaklaşım ve karşılaştırmalı analiz
Investigation of strength properties of clayey soils reinforced using industrial waste, fiber and nanomaterials: Experimental approach and comparative analysis
NAGİHAN DOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat MühendisliğiFırat Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜGE ELİF FIRAT