Nano boyutta malzeme katkılarının betonun elektriksel direnç birim şekil değiştirme ilişkisine etkisi

Abstract

Ülkemizde son yirmi yılda, depremlerin, malzeme bozulmalarının ve çevresel faktörlerin sebep olduğu hasarlar yüzünden yıkılan betonarme yapılar, binlerce insanın yaralanmasına veya hayatını kaybetmesine sebep olmuştur. Yapı sağlığının izlenmesi, can ve mal kaybının oluşmasını önlemek için hayati öneme sahiptir. Yapı sağlığını izlemek için kullanılan gerinim pulları noktasal ölçüm yaparlar, duyarlılıkları düşüktür, ömürleri kısadır, yüksek maliyetlidir. Bu çalışmada, kendi birim şekil değiştirmesini ve hasarını ölçen akıllı beton üretilmiştir. Akıllı betonu belirlemek için, farklı iletken malzemeleri farklı hacimsel oranlarda içeren karışımlar tasarlandı. Her karışımdan üretilen örneklere basınç testi uygulandı. Elektriksel direnç değişimi ile basınç birim şekil değiştirmesi arasındaki ilişki belirlendi. Basınç birim şekil değiştirmesine en duyarlı makro boyutta malzeme katkılı karışımlar ve nano boyutta malzeme katkılı karışımlar belirlendi. Bu karışımlara yarmada çekme testi ve eğilme testi uygulandı. Birim şekil değiştirmeye ve çatlak uzunluğuna en duyarlı karışım akıllı beton olarak seçildi. Akıllı beton farklı yükleme hızlarında test edildi. Sıcaklık ve nemin akıllı betona etkileri araştırıldı. Çevresel elektrot metodu ve alternatif akım etkileri araştırıldı. Elektrik akımının birim şekil değiştirmeye dik olduğu çapraz yüklemenin etkileri araştırıldı. Akıllı beton, elektriksel direnç değişimi ile birim şekil değiştirme arasında güçlü bir doğrusal ilişki verdi. Elektriksel direnç değişimi ile birim şekil değiştirme mekanizması, basınç, yarmada çekme ve çapraz yükleme testleri için tanımlandı. Gömülü elektrot metodunun çevresel elektrot metodundan daha iyi olduğu gözlemlendi. Akıllı beton doğru akım uygulamaları, alternatif akıma daha yüksek duyarlılık verdi. Uzun dönemde, birim şekil değiştirme duyarlılığı azaldı; uzun süre bekleyen ve nemi arttırmak için suya batırılmış akıllı beton, aynı yaş numunelerine göre daha yüksek bir birim şekil değiştirme duyarlılığına sahiptir. Büyük ölçekte akıllı beton numuneleri birim şekil değiştirme ile elektriksel direnç değişimi arasında güçlü doğrusal ilişki gösterdi. Akıllı beton yapı sağlığını izlemek için prefabrik ve önemli yapılarda kullanılabilir.

In our country, thousands of citizens were dead, injured and thousands of structures were either collapsed or became useless due to the earthquakes in the last 20 years. Earthquakes, material deteriorations and other factors adversely affect the structural health. Structural health monitoring is important to secure the lives and assets. The strain gages which are used in structural health monitoring can take pointwise measurement, for this reason they have to be used in vast numbers and they are costly; they are not durable. In this project, smart concrete which can sense its strain and damage was produced for structural health monitoring. In order to determine smart concrete, mixtures having different conductive fillers with different volume percent were designed. For every mixtures were tested with compression test. During the compression tests, electrical resistance change and strain measurements were conducted. The most sensitive mixtures which had nano and macro scaled conductive materials to strain were determined. Split tensile and bending test were applied to the samples. The most sensitive mixture to strain and crack length was determined as Smart Concrete. Smart concrete was tested with different load rates, effects of temperature and moisture were investigated, circumferential electrode and alternative current effects were investigated. Transverse loading effect which had strain perpendicular to electrical resistance change was investigated. Smart concrete had a strong linear relationship between strain and electrical resistance change. The electrical resistance increased when temperature increased. Strain sensitivity decreased with moisture. The mechanisms governing strain and electrical resistance change relationship for compression, split tensile and their transverse loadings were determined. Embedded electrode was found to be better than circumferential electrode. Direct current gives higher sensitivity with respect to alternative current. In the long term, strain sensitivity decreased; smart concrete which waited longtime and immersed in water to increase moisture, had a higher strain sensitivity with respect to same age samples. In the high scale compression and bending tests of smart concrete, strong linear relationship between strain and electrical resistance change was found. Smart concrete will be used for structural health monitoring of prefabricated and important structures.