Eğilmede çekme

Eksenel çekme testleri kompozit malzemelerin şekil değiştirme sertleşmesi özelliklerinin belirlenebilmesi için kullanılabilecek en uygun testler olarak nitelendirilse de önceki çalışmalarda tam anlamıyla şekil değiştirme sertleşmesi özelliği gösterebilen malzemelerin eksenel çekme şekil değiştirme kapasitesiyle eğilme altında test edilen sehim kapasitesi arasında uyumlu bir ilişki olduğu belirtilmiştir (Qian ve Li, 2008). Bu bağlamda, geçmiş yıllarda eğilme yüklemesi altında mekanik özelliklerin kendiliğinden iyileşme aracılığıyla geri kazanılması üzerine çeşitli çalışmalar gerçekleştirilmiştir.

Qian ve diğerleri (2009) dört noktalı eğilmede çekme yüklemesi altında ECC’ye benzer karışımlar olan şekil değiştirme sertleşmesi gösterebilen çimento esaslı kompozitlerin (strain-hardening cementitious composites – SHCC) kendiliğinden iyileşme aracılığıyla sehim kapasitelerinde meydana gelen geri kazanımlar üzerine bir çalışma gerçekleştirmişlerdir. Bu çalışmada kullanılan SHCC karışımları oldukça yüksek su bağlayıcı malzeme oranında ve F-sınıfı uçucu kül, öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu ve kireçtaşı tozunun farklı kombinasyonları kullanılarak tasarlanmıştır. Kiriş numuneleri öncelikli olarak 2,4 mm’lik sehim seviyesine önyüklenmiş, önyüklenmiş durumda SS ve SH kürüne maruz bırakılmış ve sonrasında dört noktalı eğilmede çekme yüklemesi altında kırılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, orijinal sehim kapasitesi değerlerinin geri kazanılabilmesinde SS kürünün çok daha etkili olduğunu göstermiştir. Örneğin, SHCC numunelerinin sehim kapasitesilerindeki geri kazanımlar SS kürüne maruz bırakılmış numuneler için %65-105 olarak bulunurken, SH kürüne maruz bırakılmış numuneler için

%40-62 olarak bulunmuştur. Ayrıca, SS kürünün lif köprüleme davranışını iyileştirerek yeni kusur alanlarının oluşturulmasına katkıda bulunduğu belirtilmiştir. Farklı kür koşullarına maruz bırakılmalarının ardından eğilme dayanımı sonuçlarındaki iyileşme oranları arasındaki farklar her ne kadar ihmal edilebilir seviyede bulunmuş olsa da, SS kürüne maruz bırakılan numunelerin başlangıç rijitliklerindeki geri kazanımlar SH kürüne kıyasla daha yüksek bulunmuştur.

Qian ve diğerleri (2010) diğer bir çalışmalarında kireçtaşı tozu ve öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu kombinasyonuyla birlikte nanokil taneciklerinin içsel kürleme amacıyla kullanıldığı ECC numuneleri üretmişlerdir. Farklı sürelerde (14, 28 ve 56 gün) başlangıç kürüne maruz bırakılmalarının ardından numuneler dört noktalı eğilmede çekme yüklemesi altında 1,5 mm sehim seviyesine kadar önyüklemeye maruz bırakılmış, sonrasında mekanik özellikler bakımından kendiliğinden iyileşmenin değerlendirilebilmesi için tekrar yükleme yapılacak ana kadar farklı kür koşullarına (doğrudan su kürü, doğrudan hava kürü, %3’lük CO2 konsantrasyonunda kür ve ıslanma-kuruma kürü) maruz bırakılmışlardır. Referans numunelerine kıyasla elde edilen sonuçlar öngörülen tüm kür koşulları için birçok durumda ECC numunelerinde gözlemlenen kendiliğinden iyileşmenin daha yüksek sehim sonuçlarının elde edilmesine olanak sağladığını göstermiştir. Ayrıca, doğrudan hava kürüne maruz bırakılmış numunelerde içsel kürleme amacıyla nanokil kullanımının sehim kapasitesinde makul geri kazanımlar sağladığı belirtilmiştir. Öngörülen tüm kür koşulları için rijitlikte iyileşmenin olduğu da belirtilmiş ve iyileşme oranları literatürdeki bir başka çalışmayla benzer bulunmuştur (Yang ve diğerleri, 2009). Ancak, rijitlik değerlerindeki iyileşme daha uzun süre başlangıç kürüne maruz bırakılmış numuneler için daha az bulunmuş ve bu sonuç zaman içerisinde hidrate olmamış çimento esaslı malzemelerin azalmasıyla ilişkilendirilmiştir.

ECC malzemesinin kendiliğinden iyileşme davranışı kalıcı eğilme yüklemesi altında Özbay ve diğerleri (2013b) tarafından değerlendirilmiştir. Deneyler iki farklı F-sınıfı uçucu kül miktarına sahip (toplam bağlayıcı malzeme miktarının ağırlıkça %55 [ECC-1] ve

%70’i [ECC-2] oranlarında) 28 günlük ECC numuneleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Numuneler öncelikli olarak mikroçatlak hasarı oluşturabilmek amacıyla dört noktalı eğilmede çekme yüklemesi altında 2,5 mm’lik sehim değerine kadar önyüklemeye maruz bırakılmış ve sonrasında bir tork anahtarı yardımıyla kalıcı yük ECC numunelerinin nihai eğilme dayanımlarının %60’ı seviyesine ayarlanarak uygulanmıştır (Resim 2.5-a, b).

(a) (b)

(c)

Resim 2.5. Tork anahtarı (a), kalıcı yükün uygulanması (b) ve numunelerin kür edilmesi (c) (Özbay ve diğerleri, 2013b)

Daha sonra sağlam ve önyüklenmiş numuneler kendiliğinden iyileşme performansının eğilme özellikleri (eğilme dayanımı, orta açıklık sehimi ve eğilme rijitliği) bakımından değerlendirilebilmesi amacıyla ilave SS ya da SH kürüne maruz bırakılmışlardır. Deneyler sonrasında elde edilen sonuçlar kullanılarak sağlam ve önyüklemeye maruz bırakılmış ECC-1 ve ECC-2 numuneleri için farklı kür koşulları altında çizilmiş eğilme gerilmesi ve sehim grafikleri Şekil 2.9’da gösterilmektedir. Adı geçen çalışmada belirtildiği ve Şekil 2.9’da görüldüğü üzere herhangi bir kalıcı yük uygulanmamış ve sürekli olarak su içerisinde kür edilmiş numunelerin eğilme rijitliklerindeki iyileşmeler sürekli hava kürüne maruz bırakılan numunelere kıyasla daha fazla bulunmuştur. Ancak, kalıcı eğilme yükünün etkileri dikkate alındığında, seçilen kür koşulu ne olursa olsun önyüklenmiş numunelerin iyileşme oranları önemli ölçüde azalmıştır. Önyüklemenin kaldırılmasının ardından çatlak açıklıkları önemli ölçüde azaldığından bu çalışmada elde edilen kendiliğinden iyileşme oranlarının daha ölçülü sonuçlar olduğu belirtilmiştir.

Şekil 2.9. Farklı kür ve yükleme koşullarının ECC karışımlarının eğilme dayanımı-sehim davranışı üzerine etkileri (Özbay ve diğerleri, 2013b)

ECC malzemesinin kendiliğinden iyileşme davranışını olabilecek en kötü koşullar altında değerlendirebilmek amacıyla Özbay ve diğerleri’nin (2013b) gerçekleştirmiş oldukları çalışma Yıldırım ve diğerleri (2015) tarafından daha da ileriye götürülmüştür. Bu çalışma için dört farklı mineral katkı kullanılarak üretilen ECC karışımları (iki farklı F-sınıfı uçucu kül [ECC_L ve ECC_M], C-sınıfı uçucu kül [ECC_H] ve öğütülmüş granüle yüksek fırın cürufu [ECC_S], hidratasyon reaksiyonlarının önemli ölçüde yavaşlaması için oldukça yeterli bir süre olan 180 gün boyunca başlangıç kürüne maruz bırakılmıştır. Numuneler daha sonra dört noktalı eğilmede çekme yüklemesi altında orta açıklık sehim kapasitelerinin %75’i seviyesine kadar önyüklemeye maruz bırakılmış ve uygulanan kalıcı yükün seviyesi başlangıç seviyesinde numunelerin nihai eğilme yükü kapasitelerinin %40’ı olarak ayarlanmıştır. Ayrıca, 180 günlük başlangıç kürünün ardından fazladan 150 günlük kür süresi tamamlanana kadar her 30 gün sonunda kalıcı yük %10 oranında sürekli olarak arttırılmıştır. Kalıcı yük Özbay ve diğerleri’nin (2013b) çalışmasında olduğu gibi Resim 2.5’te gösterilen ekipmanlar kullanılarak uygulanmıştır. Kendiliğinden iyileşme performansı numunelerin belirlenen süreler boyunca su içerisinde kür edilmelerinin ardından eğilme parametrelerindeki değişimlerin incelenmesi aracılığıyla

değerlendirilmiştir. Bu çalışmadan elde edilen deneysel sonuçlar Çizelge 2.1’de orijinal eğilme dayanımı (ED) sonuçlarından daha yüksek sonuçlar elde edilebilmesi için bir sorun teşkil etmediğini göstermiştir. Her ne kadar nihai sehim sonuçları sürekli kalıcı yük uygulamasından daha kötü şekilde etkilenmiş olsa da, kendiliğinden iyileşme sonrasında elde edilen en düşük sonucun dahi (yaklaşık 1,6 mm) geleneksel betonun yüzlerce katı seviyesinde olduğu ifade edilmiştir.