Lif dağılımı

Döküm öncesinde, çelik lifler kalıplara Şekil 3.25’te gösterildiği şekilde yerleştirilmiştir. Lif dağılımı, sürekli ve süreksiz lifler için sırasıyla, Şekil 3.26 ve 3.27’de yakından gösterilmiştir. Lifler önceden yerleştirilmiş olup uzundur, bu nedenle akıcı kıvamdaki harcın dökümü sırasında lifler yer değiştirmemekte veya yönleri değişmemektedir.

Şekil 3.26 : Sürekli liflerin dağılımı.

Şekil 3.27 : Süreksiz liflerin dağılımı.

Aktivatör olarak sodyum silikat ve sodyum hidroksit kullanılan numunelerde, alkali silikat kullanımı sebebiyle, üretilen malzeme ve çelik kalıp arasında güçlü adhezyon oluşmuş, numuneler kalıba yapışma eğilimi göstermiş ve bu sorun kalıp yağı kullanımıyla giderilemiştir, bu nedenle bu numunelerin üretiminde ahşap kalıp kullanımı tercih edilmiştir. Sodyum silikat yerine öğütülmüş cam kullanılan numunelerde böyle bir sorunla karşılaşılmamıştır.

Üretilen SIFCON karışımları Çizelge 3.24’te verilmiştir.

Cam içeren çözeltiler hazırlanırken 1 litre sodyum hidroksit çözeltisi içerisinde 150 g öğütülmüş cam kullanılmıştır. WG kodlu üretimlerde öğütülmüş atık cam içeren sodyum hidroksit çözeltisi aktivatör olarak kullanılmıştır.

14MWG kodlu üretimlerde, aktivatör/bağlayıcı oranı yerleştirmede yaşanan problemler nedeniyle arttırılmak zorunda kalınmıştır.

14MWG kodlu üretimlerde kuruma, soğuk havanın da etkisiyle çok geç gerçekleşmiş, bunun dışındaki üretimlerde böyle bir sorunla karşılaşılmamıştır. Çimentolu üretimler, dozaj 795 kg/m3, su/çimento oranı 0,54, çimento/kum oranı 0,80 olacak şekilde gerçekleştirilmiştir.

Numunelerin taze haldeki görünümü Şekil 3.28’de verilmiştir.

Esas üretimlerin dışında, 8 M sodyum hidroksit ve öğütülmüş cam ile akıcı kıvamlı akıcı, kum/YFC=1,25, çözelti/YFC=1,16) ve daha kuru kıvamlı (8MWG-kuru, kum/YFC=1,25, çözelti/YFC=0,57) iki üretim daha gerçekleştirilmiş ve dayanımların ne şekilde değiştiği araştırılmıştır.

Çizelge 3.24 : SIFCON karışımları.

Karışım Kodu Çelik lif türü Lif hacim oranı vf (%) Açıklama

PÇ-%0R - 0

Su+çimento+ince kum+hurda çelik tel

PÇ-%1D Yanak teli 1 PÇ-%2D Yanak teli 2 PÇ-%3D Yanak teli 3 PÇ-%4D Yanak teli 4 PÇ-%5D Yanak teli 5 PÇ-%1K Kırılmış tel 1 PÇ-%2K Kırılmış tel 2 PÇ-%3K Kırılmış tel 3 PÇ-%4K Kırılmış tel 4 PÇ-%5K Kırılmış tel 5 8M-%0R - 0 8 M NaOH+sodyum silikat+öğütülmüş yüksek fırın cürufu+ince kum+hurda çelik tel

8M-%1D Yanak teli 1 8M-%2D Yanak teli 2 8M-%3D Yanak teli 3 8M-%4D Yanak teli 4 8M-%5D Yanak teli 5 8M-%1K Kırılmış tel 1 8M-%2K Kırılmış tel 2 8M-%3K Kırılmış tel 3 8M-%4K Kırılmış tel 4 8M-%5K Kırılmış tel 5 14M-%0R - 0 14 M NaOH+sodyum silikat+öğütülmüş yüksek fırın cürufu+ince kum+hurda çelik tel

14M-%1D Yanak teli 1 14M-%2D Yanak teli 2 14M-%3D Yanak teli 3 14M-%4D Yanak teli 4 14M-%5D Yanak teli 5 14M-%1K Kırılmış tel 1 14M-%2K Kırılmış tel 2 14M-%3K Kırılmış tel 3 14M-%4K Kırılmış tel 4 14M-%5K Kırılmış tel 5 8MWG-%0R - 0 8 M NaOH+öğütülmüş atık cam +öğütülmüş yüksek fırın cürufu+ince

kum+hurda çelik tel

8MWG-%1D Yanak teli 1 8MWG-%2D Yanak teli 2 8MWG-%3D Yanak teli 3 8MWG-%4D Yanak teli 4 8MWG-%5D Yanak teli 5 8MWG-%1K Kırılmış tel 1 8MWG-%2K Kırılmış tel 2 8MWG-%3K Kırılmış tel 3 8MWG-%4K Kırılmış tel 4 8MWG-%5K Kırılmış tel 5 14MWG-%0R - 0 14 M NaOH+öğütülmüş atık cam+öğütülmüş yüksek fırın cürufu+ince

kum+hurda çelik tel

14MWG-%1D Yanak teli 1 14MWG-%2D Yanak teli 2 14MWG-%3D Yanak teli 3 14MWG-%4D Yanak teli 4 14MWG-%5D Yanak teli 5 14MWG-%1K Kırılmış tel 1 14MWG-%2K Kırılmış tel 2 14MWG-%3K Kırılmış tel 3 14MWG-%4K Kırılmış tel 4 14MWG-%5K Kırılmış tel 5

Şekil 3.28 : Taze haldeki numunelerin görünümü. Numunelerin sertleşmiş haldeki görünümü Şekil 3.29’da verilmiştir.

Şekil 3.29 : 14M kodlu numunelerin kalıptan çıktıktan sonraki görünümü. Öğütülmüş cam kullanılarak hazırlanan aktivatör çözelti Şekil 3.30’da gösterilmiştir.

3.3.4 Kür koşulları

Çimento kullanılarak üretilen numuneler kalıptan çıkarıldıktan sonra deney gününe kadar kür havuzunda kirece doygun suda bekletilmiştir.

Tezin odak noktasında bulunan beton üretiminde atıkları değerlendirerek enerji ve maliyetten kazanım sağlanması hedefi, ısıl işlem uygulamasıyla tekrar bir enerji sarfiyatı gerçekleşeceğinden bu kür koşuluyla ters düşmektedir. SIFCON üretiminde yüksek erken dayanım gibi bir hedef bulunmadığından SIFCONlarda ısıl işlem uygulanmamış, yine de ısıl işlem ile yapılan kürün etkisini görmek için farklı kür koşullarında harç numuneler üzerinde deney yapılmıştır. Benzer şekilde, çevresel ve ekolojik zararı azaltmak, üretim için gerekli enerji ihtiyacını ve üretim maliyetini düşürmek gibi hedeflerle yola çıkıldığından, kullanılan aktivatör miktarı da fazla arttırılmamaya çalışılmıştır. Bunun yanı sıra, aktivatör/bağlayıcı oranındaki artışın basınç dayanımında azalmaya sebep olduğu görülmüştür.

Alkali ile aktifleştirilen çimento bulamacı emdirilmiş lif donatılı betonlarda kontrollü bir kür uygulanabilmesi açısından, numunenin deney zamanına kadar kür havuzunda bekletilmesi tercih edilmiştir. Ancak, sodyum silikat yerine öğütülmüş atık cam kullanılan numuneler, kalıptan çıkarıldıktan sonra deney gününe kadar laboratuvar koşullarında açık ortamda bekletilmiştir. Bunun sebebi 14 M sodyum hidroksit ve öğütülmüş atık cam içeren numunelerde, aktivatörün zamanla numune yüzeyine çıkması ve kurumanın çok geç gerçekleşmesidir, kuruma gerçekleştikten sonra ise yüzeyde kristalleşme oluşmuştur, hava ile temas halinde ilerleyen yaşlarda numune yüzeyinde suda çözünebilen beyaz bir tabaka birikmiştir. Tüm bunları gözleyebilmek için cam içeren numuneler kür havuzuna konmamıştır. 8 M sodyum hidroksit ve öğütülmüş atık cam içeren numunelerde böyle bir sorunla karşılaşılmamıştır. Bununla birlikte, molarite yüksek olsa dahi, daha az aktivatör kullanıldığında da bu gibi sorunlarla karşılaşılmamış, ancak bu sefer de kıvam kötü etkilenmiş, SIFCON üretimi için uygun akıcılık sağlanamamıştır. Geopolimer malzemelerde çiçeklenme, esasen geopolimer ürününde reaksiyona girmemiş veya fazla miktardaki alkali çözeltinin varlığından kaynaklanır, bu da kür esnasında hava ile temas ettiğinde, karbondioksitle reaksiyona girerek malzeme yüzeyinde sodyum karbonat, potasyum karbonat gibi bir karbonat tuzu oluşturur (Kang ve Kwon, 2017; Zhang ve diğ, 2014, 2018; Kani ve diğ, 2012). Yapılan üretimlerde malzeme üzerinde biriken beyaz renkli tabakanın, sodyum hidroksit kullanılarak aktivasyon gerçekleştirildiğinden

sodyum karbonat olduğu söylenebilir. Bu durumu azaltmak için, karışımdaki alkali konsantrasyonu azaltılabilir, ancak bu derişimi çok azaltmak da, priz süresi, kıvam, bağlayıcılık kazanma, dayanım, üretilen malzemedeki boşluk hacmi gibi konularda malzeme özelliklerini olumsuz etkileyebilmektedir. Bu nedenle alkali derişiminde azaltma, sadece reaksiyon için gerekli olan alkali konsantrasyonunun kullanıldığı bir seviyeye kadar yapılmalıdır. Özetle, karışım dizaynı yapılırken dikkatli olunmalıdır, sistemde çok fazla çözünür tuz olması, kötü karıştırma, reaksiyona katılmayan durumdaki fazla miktardaki serbest su, bu tuzların çözünerek alkali oksitlerin yüzeye doğru hareketine ve buna bağlı olarak da alkali ile aktive edilen malzemelerde çiçeklenme problemine neden olmaktadır, fazla su miktarının azaltılması dayanıma katkı sağlayacağı gibi sodyum iyonunun yüzeye hareketini de azaltacaktır (Wang ve diğ, 2020; Boccalon ve diğ, 2019; Brocken ve Nijland, 2004). Böyle bir durumda yüksek sıcaklık kürü uygulamak ya da kullanılan aktivatörü değiştirmek de bir çözüm olabilir, örneğin sodyum yerine potasyum esaslı aktivatör kullanılarak yapılan üretimlerde, potasyumun atom ağırlığının, iyon yarıçapının ve polikondenzasyon hızının sodyuma göre büyük oluşu, ürünün daha kararlı olmasını ve daha zor hareketini sağlamış, çiçeklenme problemini azaltmıştır, ayrıca potasyumun viskozitesinin düşük olması betonun daha iyi ıslanmasına olanak tanımış ve daha az aktivatör kullanarak daha iyi bir kıvam, işlenebilirlik ve dayanım sağlayabilmeye izin vermiştir (Zhang ve diğ, 2014; Hounsi ve diğ, 2014; Lv ve diğ, 2020).

3.3.5 Sertleşmiş beton deneyleri

Üretilen numunelerin 90 günlük eğilme, yarmada çekme ve basınç dayanımları belirlenmiştir.

3.3.5.1 Eğilme deneyi

Üretilen numunelerin ortasında 1 cm derinliğinde çentik açıldıktan sonra, yer değiştirme (deplasman) kontrollü eğilme deneyi gerçekleştirilmiştir. Üç noktalı eğilme deneyi, şematik olarak Şekil 3.31’de gösterilmiştir. Tipik bir yük-deplasman eğrisi, Şekil 3.32’de verilmiştir.

Üç noktalı eğilme deneyi ile numunelere ait yük-sehim grafikleri elde edilmiştir. Mesnet açıklığı 20 cm, yükleme hızı 0,15 mm/dakika olarak belirlenmiştir. Deplasman ölçümleri, numune üzerine bağlanan iki adet LVDT yardımıyla alınmış, yük değerleri ise loadcell kullanılarak datalogger aracılığıyla üç kanaldan elde

edilmiştir. Tokluk, eğilme dayanımı ve kırılma enerjisi, elde edilen yük-sehim grafiklerinden faydalanılarak hesaplanmıştır. Kırılma tokluğunun hesaplanması, Şekil 3.33’te gösterilmiştir. Tokluk değeri, yük-sehim eğrisinin altında kalan alanın trapez kuralı ile hesaplanmasıyla elde edilmiştir.

Şekil 3.31 : Üç noktalı eğilme deneyi.

Şekil 3.32 : Tipik bir yük-deplasman eğrisi ve kırılma tokluğu.

Şekil 3.33 : Tokluk.

Çentikli numuneler için üç noktalı eğilme deneyinde yük-sehim eğrisinin altında kalan alan W0 kullanılarak RILEM TC 50-FMC (1985) tarafından önerilen formül ile kırılma enerjisi GF, N/m ya da J/m² cinsinden hesaplanmıştır (3.2).

G_F=^W0+ L L' mgδ0

B(H-a) ^(3.2) ε

Bu ifadede,

m: Numune kütlesi (kg), L: Mesnet açıklığı (m), L': Numune boyu (m),

g: Yerçekimi ivmesi (9,81 m/s2), δ0: Açıklık ortasında son sehim (m), B: Kiriş eni (m),

H: Kiriş yüksekliği (m),

a: Çentik derinliği (m) değerini göstermektedir.

Çentikli numunelerin eğilme dayanımı σeğilme, MPa biriminden denklem 3.3 ile hesaplanmıştır:

σ_eğilme= ^3PL

2B(H-a)^{2 (3.3)} Burada,

P: Üç noktalı eğilme deneyinde kaydedilen en büyük yük (N), L: İki mesnet arası açıklık (mm),

B: Kiriş eni (mm),

H: Kiriş yüksekliği (mm),

a: Çentik derinliği (mm) olarak ifade edilmiştir.