Karbon lif ve karbon aerojel katkılı çimento kompozitlerinin elektriksel özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Çimento esaslı kompozitler, üstün dayanıklılıkları ve mekanik özellikleri nedeniyle, inşaat mühendisliği alanında kullanımı en önde gelen malzemelerdir. Elektriksel iletkenlik özelliklerinin iyileştirilmesine bağlı olarak, yapısal sağlık izleme, akıllı trafik izleme ve kar eritme vb. çeşitli uygulama alanlarında da kullanımı artmaktadır. Bu çalışmada, çimento esaslı kompozitlerin karbon lif ve karbon aerojel iletkenlerinin katkısıyla elektriksel iletkenlik özelliklerinin artırılması amaçlanmıştır. Çalışmanın birinci aşamasında çimentonun ağırlıkça %0,50, %0,75, %1 ve %1,5'i oranlarında karbon lif katkılı çimentolu kompozitler üretilerek basınç dayanımı, eğilme dayanımı ve elektriksel iletkenlik yönünden optimum kullanılma oranı bulunmuştur. Çalışmanın ikinci aşamasında ise belirlenen optimum karbon lif oranı sabit tutularak; çimento ağırlığının %0,25, %0,50, %0,75, %1, %1,25, %1,5, %1,75 ve %2'si oranlarında karbon aerojel katkısının çimento esaslı kompozitin basınç, eğilme dayanımı ile elektriksel iletkenlik özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Karbon lif ve karbon aerojel katkılı kompozitlerin iç yapılarının incelenmesi için SEM ve XRD analizleri yapılmıştır. Çimentolu kompozitlere hem mekanik hem de elektriksel iletkenlik özellikleri açısından %1 karbon lif eklenmesinin uygun olacağı tespit edilmiştir. Bu oran sabit tutularak kompozite farklı oranlarda eklenen karbon aerojelin de optimum oranının %1 olduğu belirlenmiştir. Optimum oranda karbon aerojel ve karbon lifli çimentolu kompozitlerin elektriksel dirençlerindeki azalışın %80 olduğu belirlenmiştir. Karbon aerojel katkısı çimentolu kompozitlerin basınç ve eğilme dayanımlarında %10-%30'luk bir azalış meydana getirmiştir. Elektriksel iletkenlik açısından karbon aerojel ve karbon lif malzemelerinin birlikte kullanımının daha iyi olduğu belirlenmiştir. Katkılı kompozitlerin, elektriksel iletkenlikleri ilerleyen yaşlarda giderek azalmaktadır. Karbon aerojel katkısı çimentolu kompozitlerin basınç dayanımlarında olumsuz bir etkiye sebep olmuştur.

Cement composites are the most prominent materials for use in the field of civil engineering due to their superior durability and mechanical properties. Depending on the improvement of its electrical conductivity properties, its use is increasing in various application areas such as structural health monitoring, smart traffic monitoring, and snow melting. This study, it was aimed to increase the electrical conductivity properties of cement-based composites with the addition of carbon fiber and carbon aerogel conductors. In the first stage of the study, cement composites with carbon fiber additives at 0.50%, 0.75%, 1%, and 1.5% by weight of cement were produced and the optimum ratio was found in terms of compressive strength, flexural strength, and electrical conductivity. In the second stage of the study, by keeping the determined optimum carbon fiber ratio constant; the effect of carbon aerogel added at the ratios of 0.25%, 0.50%, 0.75%, 1%, 1.25%, 1.5%, 1.75%, and 2% by weight of cement on the compressive strength, flexural strength and electrical conductivity properties of cement-based composites was investigated. SEM and XRD analyzes were performed to examine the internal structures of carbon fiber and carbon aerogel-added cementitious composites.It has been determined that 1% carbon fiber should be added to cementitious composites in terms of both mechanical and electrical conductivity properties. It was determined that the optimum ratio of carbon aerogel added to the cemented composite at different rates by keeping the 1% carbon fiber ratio constant was 1%. The decrease in electrical resistance of cementitious composites with 1% carbon aerogel and carbon fiber was 80%. Carbon aerogel additive caused a 10%-30% decrease in the compressive and flexural strengths of cementitious composites.It was determined that the combined use of carbon aerogel and carbon fiber materials is better in terms of electrical conductivity. The electrical conductivity of composites gradually decreases with proceeded age. The carbon aerogel additive caused a negative effect on the compressive strength of the cementitious composites.