Geri Dön

Design and large-scale performance of a fiber-reinforced self-healing concrete

Lif donatılı kendiliğinden iyileşen beton tasarımı ve büyük ölçekteki performansı

PDF İndir

  1. Tez No: 981651
  2. Yazar: AYSU GÖÇÜGENCİ
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SÜLEYMAN BAHADIR KESKİN, DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN KAYA
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Lif donatılı kendiliğinden iyileşen beton, Büyük ölçekli uygulama, Geliştirilmiş otogen kendiliğinden iyileşme mekanizması, Kristalize katkı ilavesi, Yüksek oranlı uçucu kül ikamesi, Standart beton bileşenleri, Geleneksel üretim yöntemleri, Fiber-reinforced self-healing concrete, Large-scale application, Improved autogenous self-healing mechanism, Crystalline admixture addition, High-volume fly ash replacement, Conventional concrete components, Traditional production methods
  7. Yıl: 2025
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Yaygın kullanımına rağmen, geleneksel beton sınırlı çekme dayanımı ve çatlamaya yatkın bir doğaya sahiptir. Betonun bu yönleri, hizmet ömrünün uzatılabilmesi amacıyla ortaya çıkan ileri düzey kendiliğinden iyileşme araştırmalarının gerekliliğini vurgulamaktadır. Mevcut yüksek performanslı beton çalışmaları bu ihtiyacı çoğunlukla gelişmiş mekanik ve kendiliğinden iyileşme özellikleri sunarak karşılamaktadır. Fakat bu çalışmalar genellikle yüksek maliyetli malzemeler ve karmaşık üretim yöntemleri kullanılarak üretilebilmektedir, bu sebeple yapısal ölçeğe sınırlı uyarlanabilirlik ve yapısal uygulamalarda sınırlı uygulanabilirlik göstermektedir. Bu bağlamda, bu tezin amacı, üretim kolaylığını ve yapısal boyutlu uygulamalara uyarlanabilirliği birleştiren, ekonomik açıdan uygun ve çevre dostu bir lif donatılı kendiliğinden iyileşen beton tasarlamak ve geliştirmektir. Bu nedenle tez çalışması, lif donatılı kendiliğinden iyileşen betonun karışım tasarımına, üretimine ve laboratuvar ölçeğinde ve büyük ölçekte performans değerlendirmesine odaklanmaktadır. Geliştirilen beton, otogen ve geliştirilmiş otogen kendiliğinden iyileşme mekanizmaları aracılığıyla iyileştirilmiş mekanik ve dayanıklılık özellikleriyle birlikte deformasyon sertleşmesi ve çoklu çatlak davranışlarını sergilemektedir. Bu malzeme; mineral katkılar (uçucu kül), geçirimsizlik sağlayıcı katkılar (kristalize katkı) ve sentetik lifler gibi standart beton bileşenleri ve kolay temin edilebilir malzemeler kullanılarak, geleneksel üretim teknikleri uygulanarak üretilmiştir. Laboratuvar ölçeğinde yapılan çalışmalar, deformasyon sertleşmesi, çoklu çatlak davranışı gösteren ve etkin çatlak iyileşmesi sağlayan yüksek sünekliğe sahip bir çimento matrisine ulaşmak amacıyla optimum agrega tipi ve boyutu, lif içeriği, mineral katkı (uçucu kül) ve iyileştirme katkısı (kristal katkı) miktarlarının belirlenmesine odaklanmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında basınç ve eğilme dayanımı testleriyle mekanik değerlendirmeler; rezonans frekansı, ultrases geçiş hızı, su emme (sorptivite) ve elektrik empedansı testleriyle tahribatsız değerlendirmeler; ve en nihayetinde görsel çatlak incelemeleri ve mikroskobik çatlak kapanma gözlemleri yapılmıştır. Geliştirilen karışımlar arasında, üstün mekanik performansı, yoğun, sıkı ve düşük geçirgenliğe sahip matris yapısı, geliştirilmiş dayanıklılığı ve etkili çatlak sızdırmazlık kapasitesi nedeniyle uçucu kül–kristalize katkı (FA–CA) kombinasyonu en uygun karışım olarak seçilmiştir. Ayrıca, tasarlanmış çimentolu kompozitlerde (ECC) grafen nanoplateletlerinin (GNP) etkisi yan çalışma olarak yürütülmüş ve bu nano malzemelerin eğilme davranışında, elektrik direncinde ve kendiliğinden iyileşme potansiyelinde artış sağladığı ortaya konmuştur. Ancak grafen nanoplateletler, büyük ölçekli uygulamalarda gelecekte ortaya çıkabilecek potansiyel uygulanabilirlik problemleri nedeniyle nihai karışımda kullanılmamıştır. Yüksek oranda (%50) uçucu kül ve kristal katkı içeren kendiliğinden iyileşen beton karışımı, yapısal boyutlu donatılı beton kirişlerin büyük ölçekli üretimine uyarlanmıştır. Bu kirişler, dört noktalı eğilme altında hasarsız, ön yüklenmiş ve iyileştirilmiş durumlarda test edilmiştir. Kontrol kirişleriyle karşılaştırıldığında, kendiliğinden iyileşen beton karışımı gelişmiş deformasyon kapasitesi, enerji yutma ve süneklik özelliklerinin yanı sıra üstün rijitlik ve eğilme yükü geri kazanımı ve hasar toleransı sergilemiştir. Uçucu kül ve kristal katkının kombine etkisi, ikincil hidratasyon reaksiyonlarını ve etkin çatlak sızdırmazlığı ve iyileşmesi için kalsiyum karbonat çökelmesini teşvik ederken, lifler çatlak genişliği kontrolünü ve çatlak köprüleme etkisini artırarak kendiliğinden iyileşmenin gerçekleşmesine olanak sağlamıştır. Genel olarak, yeni geliştirilen lif donatılı kendiliğinden iyileşen beton, hem laboratuvar hem de büyük ölçeklerde ön yükleme kaynaklı hasar sonrası mekanik, dayanıklılık, elektriksel ve dinamik özelliklerde belirgin bir geri kazanım ile geliştirilmiş çatlak kapanma ve kendiliğinden iyileşme performansı göstermiştir. Üstelik, bu iyileştirmeler, maliyet etkinliği ve çevre dostu olma özellikleri korunarak geleneksel beton bileşenleri ve üretim yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Uçucu kül, kristal katkı ve liflerin birlikte kullanımıyla elde edilen bu kendiliğinden iyileşen beton, düşük bakım maliyeti ve gereksinimi, uzun hizmet ömrü ve sürdürülebilirlik hedefleriyle uyum gibi pratik avantajlar sunmaktadır. Çalışma, geliştirilen malzemenin gelişmiş özelliklerinin, dayanıklı ve sürdürülebilir yapısal uygulamalar için uygulanabilirlik, uyarlanabilirlik ve fizibilite potansiyelini vurguladığı sonucuna varmaktadır.

Özet (Çeviri)

Despite its widespread usage, the limited tensile strength and the cracking susceptibility of conventional concrete emphasizes the requirement for advanced selfhealing researches to extend its service life. While current high-performance concrete studies are mostly address this need by offering improved mechanical and self-healing properties, they often depend on high-cost materials and complicated production methods with limited adaptability and feasibility for structural applications. Within this context, the aim of this thesis is to design and develop an economically viable and environmentally friendly fiber-reinforced self-healing concrete that combines the ease of production and the adaptability to structural-size applications. Therefore, the thesis study focuses on the mix design, mixture production and laboratory-scale and largescale performance assessment of the fiber-reinforced self-healing concrete. The developed concrete demonstrates strain hardening and multiple cracking behaviors along with improved mechanical and durability properties and self-healing capability through autogenous and improved autogenous self-healing mechanisms. This material was produced by using standard concrete components and readily available constituents such as supplementary cementitious materials, permeability reducing admixtures and synthetic fibers through applying the traditional production techniques. Laboratory-scale investigations focused on determining optimal aggregate type and size, fiber content, mineral admixture (fly ash) and healing additive (crystalline admixture) content to obtain a high-ductility cementitious matrix with strain hardening, multiple cracking and effective crack healing. Experimental work included mechanical assessment with compressive and flexural strength testing, nondestructive evaluation with resonance frequency, ultrasonic pulse velocity, sorptivity, and electrical impedance testing, visual crack inspection and microscopic crack closure observations. Among the developed mixes, a fly ash–crystalline admixture (FA–CA) combination was selected as the most promising due to its superior mechanical performance, matrix densification, improved durability and efficient crack sealing capacity. The impact of graphene nanoplatelets (GNP) in engineered cementitious composites (ECC) was evaluated with a side study which revealed the improved flexural behavior, electrical resistance, and self-healing promotion. However, GNP was not employed in the final developed mix due to future feasibility challenges for large-scale applications. The self-healing concrete mixture incorporating high-volume fly ash and crystalline admixture combination was then adapted into large-scale production with structural-size reinforced concrete beams. These large-scale beams were tested under four-point bending in virgin, preloaded, and healed states. Compared to control beams, the results of self-healing concrete mix exhibited improved deformation capacity, energy absorption, and ductility in addition to superior stiffness and flexural load recovery and damage tolerance. As the combined effect of fly ash and crystalline admixture promoted secondary hydration reactions and the formation of calcium carbonate precipitates for efficient crack sealing and healing, fibers enhanced crack width control and crack bridging, eventually enabling the occurrence of self-healing. Overall, the newly developed fiber-reinforced self-healing concrete showed standout recovery in mechanical, durability, electrical and dynamic properties along with enhanced crack closure and self-healing performance after preloading-induced damage at both lab and large-scale. Furthermore, these improvements were accomplished by using conventional concrete components and production methods while preserving cost-effectiveness and eco-friendliness aspects. This self-healing material obtained with combined usage of fly ash, crystalline admixture and fibers offers practical advantages such as reduced maintenance, extended service life, and alignment with sustainability goals. The study concludes that the advanced features underline the developed material's feasibility, applicability and adaptability potential for resilient and sustainable structural applications.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    1009525

    A framework for composite wind turbine blades: From material development to structural optimisation and ml-enhanced damage detection

    Rüzgar türbinleri için hibrit kompozit temelli kanat malzemesi geliştirilmesi, yapısal optimizasyonu ve makine öğrenmesi ile hasar tespiti ve yapısal analiz entegrasyonu

    KEMAL HASIRCI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ALAEDDİN BURAK İREZ

  2. Tez No

    558121

    Yüksek performanslı kendiliğinden yerleşen karma lifli beton geliştirilmesi

    Development of high performance self-compacting hybrid fiber reinforced concrete

    CEREN KINA

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    İnşaat Mühendisliğiİnönü Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. KAZIM TÜRK

  3. Tez No

    761696

    Multi scalable design and performance characterization of glass fiber reinforced epoxy composites by incorporation of hexagonal boron nitride in resin and on interfaces

    Cam elyaf takviyeli epoksi kompozitlerin reçine ve arayüzeylere hegzagonal bor nitrür dahil edilmesi ile çok ölçeklenebilir tasarımı ve performans karakterizasyonu

    SAMET ÖZYİĞİT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Savunma ve Savunma TeknolojileriSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN

  4. Tez No

    401746

    Derivation of seismic design parameters for high-performance fiber reinforced concrete (HPFRC) and multi-material buildings

    Başlık çevirisi yok

    İBRAHİM KAYMAZ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    İnşaat MühendisliğiUnıversıty Of Houston

    DR. BORA GENÇTÜRK

  5. Tez No

    1000799

    Design, advanced manufacturing, and performance evaluation of optical sensor-integrated laminated composite monoleaf springs for heavy commercial vehicles: A numerical and experimental study

    Ağır ticari araçlar için optik sensör entegreli lamine kompozit tek katlı yaprak yayların tasarımı, ileri üretimi ve performans değerlendirmesi: Sayısal ve deneysel bir çalışma

    MUSTAFA BAŞARAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2026

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN

    PROF. DR. MEHMET YILDIZ

Geri Dön