Nano boyutta modifiye edilmiş yeni nesil akıllı çimento bağlayıcılı kompozitler

Abstract

Bu tez çalışmasında, nano ölçekteki malzemeler tekil ve kombine edilerek tasarlanmış çimento esaslı kompozit (ECC) karışımlarında kullanılmış ve geliştirilen kompozitlere kendiliğinden iyileşme ve kendiliğinden algılama özellikleri kazandırılmıştır. Yeni nesil akıllı çimento bağlayıcılı kompozitlerin geliştirilmesinde nano malzemeler (nano silika [NS] ve karbon nanotüpler [KNT]) homojen ve gerekli performansın elde edilmesinden ödün vermeden en ekonomik şekilde karışımlara ilave edilmiştir. Karşılaştırma yapmak amacıyla nano malzeme içermeyen kontrol karışımları da hazırlanarak diğer karışımlarla eşit sayıda küp, kiriş, silindir numuneler üretilmiştir. Kendiliğinden iyileşme testleri hasarsız ve hasarlı numuneler üzerinde hızlı klor iyonu geçirimlilik testi, elektriksel direnç testi, donma çözülme testi, rezonans frekansı testi ve ağırlık kaybı testleri ile gerçekleştirilmiştir. Nano ölçekte modifiye edilen çimento esaslı kompozitlerin mekanik özellikleri, basınç ve eğilme testleri ile değerlendirilmiştir. Numunelere ait çatlaklar video mikroskop aracılığıyla takip edilerek her bir karışıma ait çatlak kapanma performansları analiz edilmiştir. Bunun yanında kendiliğinden iyileşme/algılama yeteneğine sahip numunelerin mikro yapılarını irdelemek adına mikro analizler gerçekleştirilmiştir. Bu analizlerde numunelerin SEM/EDX, TGA ve XRD testleri yapılarak her bir karışım ayrı ayrı karakterize edilmiştir. Sonuçlar, her ne kadar sadece KNT kullanımının, ECC karışımlarının hem kendiliğinden algılama hem de kendi çatlaklarını iyileştirmede etkin olduğunu gösterse de, NS ve KNT'nin ikili kullanıldığı durumlarda çatlak kapanma performansı çok daha üst seviyede meydana gelmiştir. Özellikle kendiliğinden iyileşen çatlaklarda C-S-H ve CaCO3'ün yoğunluğu ve miktarının NS ve KNT malzemelerinin eklenmesi ile arttığı gözlemlenmiştir. Karışımlarda sadece NS kullanımı, tam anlamıyla kendiliğinden iyileşmeye performansı için iki nano malzemenin kombine edilmesine kıyasla yetersiz kalmıştır. Bunun yanında kontrol karışımlarının ve sadece NS içeren karışımların hasarlarını kendiliğinden algılama performansı özellikle düşük yükleme seviyelerinde yeterli değildir. Kendiliğinden algılama performansı açısından her ne kadar sadece KNT içeren karışımlar en iyi sonucu gösterse de, KNT ve NS'in beraber kullanıldığı karışımların piezo-dirençli davranışları da olumlu sonuçlanmıştır.

In this thesis, nano materials were used singularly and binary in engineered cementitious composites (ECC) and self-healing and self-sensing functionalities were added to developed composites. Nano materials (nano silika [NS] and carbon nano tubes [CNT]) were incorporated into new generation smart cementitious composites with homogeneous and the most economical way without sacrificing the required performance. Control specimens that do not contain nano materials were also produced with the same amount of cubic, beam and cylindrical specimens in order to make comparison. Experiments of thesis include rapid chloride permeability tests, electrical resistivity tests, freeze/thaw tests, resonance frequency tests and loss of weight tests on the preloded and sound specimens. Mechanical properties of nano modified cementitious composites were undertaken with flexural and compression tests. Self-healing performances of each mixture that belongs to microcracks of specimens were analysed with video microscope tracking. Also, micro analysis were performed in order to investigate the micro structure of specimens having self-healing/sensing capabilities. Each mixture was characterized individually by conducting SEM/EDX, TGA and XRD tests. Although results indicate that CNT utilization was efficient on the self-healing and self-sensing properties, self-healing performance was at much higher level in the combination of NS and CNT. İntensity and amount of C-S-H and CaCO3 were higher especially in self-healing cracks thanks to the presence of NS and CNT. Compared to binary use of nano materials, only NS usage was inadequate in terms of precise self-healing performance. In addition to that, self-sensing performance of control and only NS bearing specimens were not sufficient especially at the lower level of loadings. Although only CNT bearing specimens showed the best results in terms of self-sensing performance, mixtures incorporating CNT and NS was also resulted in positively.