Geri Dön

Farklı Karışım Dizayn Metotlarıyla Üretilen Ultra Yüksek Dayanımlı Lifli Betonların Dayanım ve Durabilite Özellikleri

Mechanical and Durability Properties of Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete Developed through Different Mix Design Methods

  1. Tez No: 993968
  2. Yazar: FURKAN İNAL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. CAHİT BİLİM
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Mersin Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Malzemeleri Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Ultra yüksek dayanımlı beton (UYDB), yüksek basınç dayanımı, düşük geçirgenlik ve üstün dayanıklılık özellikleriyle geleneksel beton türlerinden ayrılan ileri performanslı bir yapı malzemesidir. Bu özellikleri, ince kesitli, uzun ömürlü ve yüksek performanslı yapı elemanlarının tasarlanmasına olanak sağlamaktadır. Ancak bu yüksek performans genellikle yüksek çimento içeriğiyle sağlanmakta; bu durum birim hacim başına karbon ayak izini artırarak malzemenin sürdürülebilirliğini sınırlamaktadır. Çimento miktarının azaltılması amacıyla toz sistemine çok sayıda bağlayıcı ve dolgu malzemesinin dâhil edilmesi ise karışım tasarımını karmaşıklaştırmakta ve optimizasyon sürecini çok boyutlu bir problem haline getirmektedir. Bu bağlamda, bu tezde sürdürülebilirlik ve yüksek performans hedefleri doğrultusunda UYDB'nin çimento içeriğinin azaltılması ve çok bileşenli yapısının optimize edilmesi amaçlanmıştır. Bu kapsamda Modifiye Andreasen ve Andersen (MAA) parçacık paketleme modeli, I-optimal tasarım (IOT) yöntemi ve bu çalışma için geliştirilen Makine Öğrenmesi Destekli İstatistiksel Karışım Optimizasyonu (MÖD-İKO) hibrit yaklaşımı olmak üzere üç farklı karışım tasarım yöntemi kullanılmıştır. Karışım tasarım yöntemleriyle elde edilen sonuçlar incelendiğinde, MAA yöntemi ile en düşük çimento ve bağlayıcı içeriklerine ulaşılmış; bu yöntemde çimento miktarı 368 kg/m3 ve bağlayıcı miktarı 616,4 kg/m3'e düşürülürken 8,4 MPa eğilme ve 136,8 MPa basınç dayanımı elde edilmiştir. MÖD-İKO yaklaşımı, daha yüksek çimento ve bağlayıcı içerikleriyle en yüksek mekanik performansı sağlayarak 596,7 kg/m3 çimento ve 853 kg/m3 bağlayıcı ile 13,2 MPa eğilme ve 148,8 MPa basınç dayanımına ulaşmıştır. IOT yöntemi ise 405,6 kg/m3 çimento ve 787,5 kg/m3 bağlayıcı içeriğiyle, MAA'ya kıyasla daha yüksek ve MÖD-İKO'ya kıyasla ise benzer seviyede mekanik performans sergileyerek 12,6 MPa eğilme ve 139,5 MPa basınç dayanımı sağlamıştır. Bu yönüyle performans ve malzeme verimliliği arasında dengeli bir çözüm sunmuştur. Bu farklı eğilimler, karışımların yalnızca mekanik performans açısından değil, çevresel ve ekonomik boyutlarıyla birlikte bütüncül olarak değerlendirilmesini gerekli kılmıştır. Bu tez için geliştirilen ve birikimli karbondioksit emisyonu (e-CO2), maliyet ve dayanım parametrelerini bütüncül olarak değerlendiren Çevresel, Ekonomik ve Mekanik Performans İndeksi (ÇEPİ) kapsamında yapılan karşılaştırmalar sonucunda, IOT yöntemiyle elde edilen karışım optimum karışım olarak seçilmiştir. Optimum karışıma farklı oranlarda polipropilen ve çelik lifler tekil ve hibrit kombinasyonlar halinde ilave edilerek, lif takviyesinin işlenebilirlik, mekanik performans ve durabilite üzerindeki etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, karışımların yüksek akışkanlık sergileyerek kendiliğinden yerleşen beton davranışı potansiyeline sahip olduğunu; bununla birlikte yüksek mekanik dayanım, düşük geçirgenlik ve uzun vadede kararlı bir durabilite performansı sunduğunu göstermiştir. Bu performans çıktılarının, SEM/EDS analizleriyle ortaya konulan yoğun ve süreklilik arz eden mikroyapı özellikleriyle uyumlu olduğu belirlenmiştir. Bu bulgular, çevresel ve sürdürülebilirlik hedefleriyle uyumlu, düşük çimento içerikli ve çok boyutlu performans gereksinimlerini karşılayan bir ultra yüksek dayanımlı lifli beton (UYDLB) sisteminin bu çalışma kapsamında başarıyla geliştirildiğini ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

Ultra-high-performance concrete (UHPC) is an advanced construction material that differs from conventional concrete in terms of its high compressive strength, low permeability, and superior durability, enabling the design of slender structural elements with enhanced service performance and long-term reliability. However, this exceptional performance is generally achieved using high cement contents, which significantly increase the carbon footprint per unit volume, thus limiting the sustainability of the material. To reduce the cement content, the incorporation of multiple binders and filler materials into the powder system increases the complexity of the mixture design and renders the optimization process a multidimensional problem. In this context, the present study aims to reduce the cement content of UHPC while optimizing its multi-component structure in line with sustainability and high-performance objectives. To this end, three different mixture design approaches were employed: the Modified Andreasen and Andersen (MAA) particle packing model, the I-optimal design (IOD) method, and a hybrid approach developed within this study, namely, Machine Learning-Assisted Statistical Mixture Optimization (MLA-SMO). The results obtained from these mixture design methods indicate that the lowest cement and binder contents were achieved using the MAA method, with 368 kg/m3 of cement and 616,4 kg/m3 of binder, yielding a flexural strength of 8,4 MPa and a compressive strength of 136,8 MPa. The MLA-SMO approach provided the highest mechanical performance, with a compressive strength of 148,8 MPa with 596,7 kg/m3 of cement and 853 kg/m3 of binder, along with a flexural strength of 13,2 MPa. The IOD method, on the other hand, exhibited a balanced performance by achieving a compressive strength of 139,5 MPa and a flexural strength of 12,6 MPa with relatively lower material contents (405,6 kg/m3 cement and 787,5 kg/m3 binder), thereby offering an efficient compromise between performance and material efficiency. These distinct trends necessitate a thorough evaluation of the mixtures, considering not only their mechanical performance but also their environmental and economic aspects. Accordingly, a novel Environmental, Economic, and Mechanical Performance Index (EEPI), developed within the scope of this thesis by integrating strength, e-CO2 emissions, and cost parameters into a single metric, was employed for a comparative assessment. Based on this index, the mixture obtained using the IOD method was selected as the optimal mixture. Subsequently, polypropylene and steel fibers were incorporated into the optimum mixture at various dosages in both single and hybrid combinations to investigate the effects of fiber reinforcement on the workability, mechanical performance, and durability. The experimental results demonstrated that the developed mixtures exhibited high flowability with the potential for self-consolidating behavior, while also providing high mechanical strength, low permeability, and stable, long-term durability. These performance characteristics were consistent with the dense and continuous microstructural features revealed by the SEM/EDS analyses. Overall, these findings indicate that a low-cement, environmentally compatible ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (UHPFRC) system satisfying multidimensional performance requirements was successfully developed in this study.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    128825

    Bitümlü sıcak karışımlarda oluşan kalıcı deformasyona karıştırma sıcaklığının etkisi

    Effect of mixing temperature on the permanent deformation of hot bituminous mixtures

    MEVLÜT KAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2002

    İnşaat MühendisliğiSelçuk Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. O. NURİ ÇELİK

  2. Tez No

    893425

    Asfalt karışım bakım malzemesi üretiminde kullanılan katkı maddesinin farklı oranları için karışım parametrelerinin irdelenmesi

    Evaluation of mixing parameters for different ratios of additives used in asphalt mixture maintenance material production

    ESRA DİDEM BAŞKAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    İnşaat MühendisliğiKaradeniz Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ATAKAN AKSOY

  3. Tez No

    383350

    The influence of different mixture design variables on thermal fatigue cracking of asphalt concrete pavements

    Asfalt beton kaplamaların termal yorulma kırıklarına farklı karışım dizaynlarının etkisi

    ALI ARABZADEH

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MURAT GÜLER

  4. Tez No

    816104

    Farklı içerikli modifiye bitüm ve taş mastik asfalt karışımların özelliklerinin incelenmesi

    Investigation of the properties of modified bitumen and stone mastic asphalt mixtures with different contents

    AYTUĞ KÖROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    UlaşımManisa Celal Bayar Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ DİLAY YILDIRIM UNCU

  5. Tez No

    750726

    Farklı poroz asfalt gradasyonlarıyla tasarlanmış yarı esnek kaplamaların performanslarının belirlenmesi

    Determining the performance of semi-flexible pavements designed with different porous asphalt gradations

    ALLAHVERDI GULUYEV

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    İnşaat MühendisliğiAkdeniz Üniversitesi

    İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SEVİL KÖFTECİ

Geri Dön