Çimento esaslı lifli kompozitlerde yüksek sıcaklık ve sülfat etkisi
High temperature and sulphate effect in cement-based composites
- Tez No: 982562
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERHAT DEMİRHAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Çimento esaslı lifli kompozitler, yüksek sıcaklık, sülfat direnci, UPV, Cement-based fiber-reinforced composites, high temperature, sulfate resistance. UPV
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Batman Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Yapı Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, çimento esaslı lifli kompozitlerin 600 °C'ye kadar çıkan yüksek sıcaklık ve sülfat etkisi altındaki mekanik ve mikroyapısal davranışları kapsamlı biçimde incelenmiştir. Deneysel süreçte, farklı lif türleri (çelik ve polipropilen), liflerin narinlik oranları, mineral katkı olarak silis dumanı kullanımı ile üç farklı kür rejimi (standart su, sodyum sülfat ve potasyum sülfat çözeltileri) dikkate alınmıştır. Kompozit numuneler, yüksek sıcaklığa maruz bırakıldıktan sonra 7, 28 ve 90 günlük kür yaşlarında test edilerek performansları değerlendirilmiştir. Basınç dayanımı testleri, özellikle yüksek narinlik oranına sahip 16 mikron çapındaki BF16 kodlu ÇELK kullanıldığı karışımlarda, yüksek sıcaklık sonrası en iyi mekanik dayanımın sağlandığını ortaya koymuştur. Buna karşılık, PP lif katkılı karışımlar, düşük ergime sıcaklıkları nedeniyle yüksek sıcaklık altında yapısal bütünlüklerini koruyamamış ve bu da dayanım kayıplarına yol açmıştır. Silis dumanı katkısının ise, hem puzolanik reaksiyonları teşvik etmesi hem de gözenekliliği azaltarak daha yoğun bir yapı kazandırması sayesinde tüm çevresel koşullarda dayanımı artırıcı etki gösterdiği tespit edilmiştir. Özellikle potasyum sülfat çözeltisinde kürlenen numunelerde, sülfatlı ortamlara kıyasla daha olumlu mekanik performans elde edilmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri, sülfatlı ortamlarda, özellikle Na₂SO₄ çözeltisinde, iğnemsi etrenjit oluşumlarının ve mikro çatlak gelişimlerinin daha belirgin olduğunu göstermiştir. Silis dumanı katkısının, portlandit miktarını azaltarak sülfat iyonlarının zararlı reaksiyonlara girmesini sınırlandırdığı ve bu sayede mikroyapısal bozulmaları önemli ölçüde engellediği gözlemlenmiştir. BF16-SF ve PP30-SF gibi silis dumanı katkılı karışımlarda, daha homojen C-S-H matrisleri ve sınırlı çatlak oluşumu tespit edilmiştir. Ultrases geçiş hızı (UPV) ölçümleri, malzemenin içyapısal özelliklerinin zamanla ve çevresel faktörlere bağlı olarak değiştiğini ortaya koymuştur. PP lif katkılı karışımlarda, yüksek sıcaklık etkisiyle liflerin erimesinden kaynaklanan boşluk oluşumu, UPV değişimlerinin en yüksek düzeyde gerçekleşmesine neden olmuştur. Öte yandan, silis dumanı katkılı sistemlerde zamanla gelişen yoğun mikroyapı, puzolanik reaksiyonların da etkisiyle UPV değişimini olumlu yönde etkilemiştir. Sülfatlı kür koşullarında ise ikincil ürün oluşumu bu değişimi daha da artırmıştır. Elde edilen veriler, yangın ve kimyasal saldırı gibi zorlayıcı çevresel etkiler altında performansını koruyabilen, dayanıklı ve optimize edilmiş çimento esaslı sistemlerin geliştirilmesi açısından önemli bilgiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the mechanical and microstructural behavior of fiber-reinforced cementbased composites exposed to elevated temperatures up to 600 °C and sulfate attack was comprehensively investigated. The experimental study considered various fiber types (steel and polypropylene), fiber slenderness ratios, the use of silica fume as a mineral admixture, and three different curing regimes (standard water, sodium sulfate, and potassium sulfate solutions). After being subjected to high temperature, the composite specimens were tested at 7, 28, and 90 days of curing to evaluate their performance. Compressive strength tests revealed that mixtures incorporating steel fibers, particularly those with high slenderness and 16-micron diameter (BF16), demonstrated the best mechanical performance after high-temperature exposure. In contrast, polypropylene fiber-reinforced composites showed significant strength loss due to their low melting point, which led to degradation under thermal stress. Silica fume contributed positively to strength development under all environmental conditions by enhancing pozzolanic activity and reducing porosity, thus promoting a denser microstructure. Notably, specimens cured in potassium sulfate solution exhibited better mechanical performance compared to those in other sulfate environments. Scanning electron microscopy (SEM) analyses showed that in sulfate-rich conditions, especially in Na₂SO₄ solution, needle-like ettringite formations and microcrack development were more prominent. The presence of silica fume was found to mitigate these effects by reducing portlandite content, thereby limiting harmful reactions with sulfate ions and preserving microstructural integrity. In silica fume-modified mixtures such as BF16-SF and PP30-SF, a more uniform C-S-H matrix and fewer cracks were observed. Ultrasonic pulse velocity (UPV) measurements indicated that internal structural characteristics of the material evolved over time and were influenced by environmental factors. In composites with polypropylene fibers, the melting of fibers under high temperature led to void formation, resulting in the highest levels of UPV variation. Conversely, in mixtures containing silica fume, the densifying effect of ongoing pozzolanic reactions improved UPV outcomes over time. Sulfate curing conditions also enhanced UPV changes due to the formation of secondary hydration products. Overall, the findings of this study provide valuable insights for the development of durable and high-performance cement-based systems capable of maintaining structural integrity under combined exposure to fire and chemical attack.
Benzer Tezler
- Yüksek sıcaklığa maruz kalmış çimento esaslı lifli kompozitlerde tasarım parametrelerinin sülfat direncine olan etkisi
Effect of design parameters on sulfate resistance in cement-based fibrous composites exposed to high temperatures
MUHAMMET CÜNEYT ALĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiBatman Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT DEMİRHAN
- Yüksek sıcaklık ve sülfat hücumuna maruz kalmış çimento esaslı lifli kompozitlerin mühendislik özelliklerinin makine öğrenmesi yöntemleriyle incelenmesi
Investigation of engineering properties of cement-based fibrous composites exposed to high temperature and sulfate attack using machine learning methods
NECİM KAYA
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat MühendisliğiBatman Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT DEMİRHAN
- Farklı tip ve oranda kullanılan liflerin betonda rötreye etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of different fibre types on the shrinkage of concrete
KORAY MEHMET ARSLAN
Doktora
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERKAN KARAGÜLER
- Çimento esaslı lifli kompozitlerin yüksek sıcaklık ve yangın etkisinde davranışı
Behavior of cement based fiber composites under high temperature and fire effect
RAMAZAN CİNGİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
İnşaat MühendisliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET CANBAZ
- Yüksek sıcaklığa maruz kalan çimento esaslı lifli kompozitlerin temel mühendislik özellikleri
Fundamental engineering properties of cement-based fiber-reinforced composites exposed to high temperature
MUHAMMED YUSUF GÖZKESER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat MühendisliğiBatman Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. SERHAT DEMİRHAN