Lif Özeliklerinin Kompozitin Özeliklerine Etkisi VeBe

üretildiği ve üretim teknikleri gibi özeliklere bağlıdır. Bu yüzden lif takviyeli kompozitler üretilirken bu özeliklerin de göz önünde bulundurulması gerekmektedir. 2.3.2.1. Lif Geometrisinin Etkisi

Günümüzde artık, geleneksel düz yuvarlak kesitli, çekme liflerden kesilmiş lifler yerine çok çeşitli tiplerde lifler üretilmektedir. Özellikle çelik lifler artık pek çok değişik şekillerde üretilmektedir. Çelik liflerin farklı geometrilerde üretilmesinden amaç matris ve lif arasındaki mekanik bağı kuvvetlendirerek liflerin etkinliğini artırmaktır.

Çelik lifleri üretmek için birçok yöntem vardır. Normal lif çekme teknikleri ile üretilen yuvarlak kesitli lifler nispeten pahalı olmaktadır. Buna karşın, plakaları keserek elde edilen dikdörtgen kesitli liflerin üretimi ise daha düşük maliyetle yapılabilmektedir. Bir diğer lif üretim yöntemi ise eritip çekme yöntemidir. Eritilip çekilmiş lifler böbrek şekilli kesitleri ile çekme liflerden ayrılırlar. Ayrıca dış yüzleri de düzensizdir ve bu sayede beton matrisi ile mekanik bağı kuvvetlidir. Hızlı katılaştırma bu çeşit liflerin pürüzlü bir yüzeye sahip olmasına neden olur, bu da yapışmayı ve sürtünme kuvvetine karşı olan direnci artırır [23].

Taze beton karışımında liflerin topaklaşması ve liflerin varlığından dolayı işlenebilirliğin azalması, özellikle yüksek oranda lif içeren karışımlarda probleme neden olur. Bu sorunun üstesinden gelmek için, suda eriyebilen ya da mekanik etkiler ile kopabilen bir yapıştırıcı ile 10-30 adet lifin birbirine yapıştırılması yoluna gidilmiştir. Böylece, işlenebilirlik artar ve liflerin topaklaşması önlenir. Bu yöntem sayesinde taze beton karışımının işlenebilirliği çok az düşer. Daha sonra da karıştırma sırasında yapıştırıcının çözünmesi ile her bir lif karışım içinde dağılır [23]. Ayrıca bu yöntem taşıma ve kullanmada kolaylık sağlar. Farklı çelik lif tipleri ve kesitleri Şekil 2.7‟de görülmektedir.

Şekil 2.7: Çelik lif tipleri ve kesitleri [23].

Soroushian ve Bayasi [23] yaptıkları çalışmaya göre en etkili liflerin çiftkenar ve tekkenar formlu lifler olduğunu ve ondan sonraki en etkili lif tipinin de kancalı lif olduğunu belirtmişlerdir. Gene aynı çalışmaya göre narinlik oranı 60 olan liflerin kullanıldığı hacimsel lif yüzdesi % 2 olan kompozitlerde kancalı lifler, düz ve kıvrımlı liflere göre kompozitlere daha fazla eğilme dayanımı ve enerji yutma kapasitesi kazandırmışlardır. Aynı sonuç narinlik oranı 75 olan liflerin kullanıldığı uygulamalarda da elde edilmiştir.

2.3.2.2. Lif Boyunun Etkisi

Kompozitin özeliklerini geliştirmekte lifin şekli kadar boyu da önemlidir. Çimento esaslı kompozitlerle uygulanan, lif yüzdesi sabit tutularak fakat lif boyu

Düz Kancalı Kıvrımlı Çiftkenar form Tekkenar form

Paletli Sonlanmış Düzensiz Oyuklu

matris kırılmasının önlenemediği olgusuna dayandırılmıştır. Uzun lifler mikro çatlaklar bölgesinden uzakta iseler oluşan mikro çatlakları önleyemezler; ancak mikro çatlaklar makro çatlaklara dönüşürse uzun lifler işlev görmeye başlar ve kompozitin tokluğunu artırırlar (Bkz Şekil 2.8). Buna karşılık kısa lifler mikro-çatlaklar arasında köprü görevi görürler; bunlar aynı hacimsel yüzdede kullanıldıkları durumlarda dahi birbirlerine daha yakın mesafede olacaklardır. Şekil 2.8‟de gösterildiği gibi kısa lifler çekme dayanımını daha çok artırırlar [24]. Buna karşılık aynı narinlik oranında kısa liflerin sıyrılması, makro çatlaklar oluşmaya başladıktan sonra kolaylaşır ve böylece   eğrisinde maksimum  değerinden sonraki davranış süneklik göstermez.

Şekil 2.8: Çatlak köprülenmesine farklı lif boyutlarının etkisi [24]. 2.3.2.3. Lif Narinlik Oranı ve Lif Yüzdesinin Etkileri

Lif narinlik oranı ve karışıma katılan lif miktarı betonun işlenebilirliğini dolayısıyla da mekanik özeliklerini büyük ölçüde etkiler. Narinlik oranı, lifleri tanımlayan en önemli parametrelerden biridir. Lif uzunluğunun yuvarlak kesitli lifler için çapa (l/d), yuvarlak olmayanlar içinse eşdeğer çapa (l/de) bölünmesiyle bulunur. Bu oran 40 ila 1000 arasında değişir ama genelde 300‟den daha düşüktür [20]. Soroushian ve Bayasi [23] yaptıkları çalışmada karışıma eklenen liflerin narinlik oranlarının büyük olması durumunda taze betonun işlenebilirliğini azalttığını belirtmişlerdir.

Üretimde kullanılan lif içeriği de optimum bir değerin üzerine çıkmamalıdır. Lif içeriğinin yüksek olması durumunda karıştırma ve yerleştirme problemleri ortaya çıkar ve lifler karışım içerisinde topaklanır. Bu topaklanmalar matris içerisinde zayıf bölgelerin oluşmasına neden olur. Karışımda iri taneli agrega kullanılmaması, lif narinlik oranının optimum bir değerde olması, liflerin karışıma kuru katılması ve süperakışkanlaştırıcı kullanılması ile liflerin matris içerisinde homojen dağılması sağlanabilir [16].

Lifler teorik olarak betona ne kadar çok katılabilirlerse kompozitin özeliklerini de o kadar çok artırabilirler, çünkü daha fazla lif çatlakların büyümesine karşı daha fazla direnç demektir. Lifler sayesinde tek çatlağın yayılması yerine düzensiz çoklu çatlaklar oluşur. Bu da kompozitin basınç ve eğilme dayanımı ile tokluğunun artırılmasında etkili olur. Uygulamalarda ise yerleştirme problemlerinden dolayı kompozite hacimce % 3‟den daha fazla oranda lif katılmasına pek rastlanmaz, genelde de bu oran % 1-2 civarında tutulur. Fakat son yıllarda yeni yöntemlerle bu oranın yükseltilebilmesi mümkün olmuştur. Örneğin ekstrüzyon yöntemi adı verilen yöntemle % 7-8 civarında lif katılması mümkünken SIFCON üretiminde bu oran % 4 ila 20 arasında mümkün olabilmektedir.

Zollo [20] lifli betonları lif miktarlarına göre şu şekilde değerlendirmiştir: % 0.1-% 1:Düşük lif yüzdeli

% 1 - % 3:Normal lif yüzdeli % 3-% 12:Yüksek lif yüzdeli

2.3.2.4. Lif Özeliklerinin Kompozit Özeliklerine Etkisini Ġnceleyen Diğer ÇalıĢmalar

Lange ve arkadaşları [25] yaptıkları çalışmada 3-6 mm. boyundaki karbon ve çelikden yapılmış mikroliflerle % 2 ve 4 oranında takviye edilmiş çimento esaslı kompozitler üretmişler ve bunlar üzerinde kullanılan lifin hacimsel yüzdesinin, boyunun ve tipinin etkisini tek eksenli çekme deneyi ve 3 noktalı eğilme deneyi sonuçlarına göre araştırmışlardır. Sonuç olarak lif hacminin ve boyunun artmasının kompozitin özeliklerini artırdığını, eğer matrise silis dumanı katılırsa bunun da özelikleri iyileştirdiğini ve çelik lifin sünekliğinden ve yüzeyinin sertliğinden dolayı

Chanvillard ve Aitcin [26] kıvrımlı lifleri kullanarak yaptıkları çalışmada değişkenlerin analizine dayalı istatistiki yöntemi (anova) kullanarak lif boyunun ve lif doğrultusunun kompozitin özeliklerine etkisini araştırmışlar ve bunu kısaca Tablo 2.8‟deki şekilde belirtmişlerdir.

Tablo 2.8: Lif boyunun, açısının ve kullanılan su/çim. oranının kompozit özeliklerine etkisi [26].

B=Boy, A=Açı

Issa ve arkadaşları [27] yaptıkları çalışmada, kullanılan liflerin boyunun, lif aralıklarının ve kullanılan numunenin boyutlarının, uzunlamasına dizilmiş liflerin kullanıldığı çentikli harç numunelerin kırılma davranışına etkisini ölçmek için bir deneysel program yürütmüştür. Elde ettikleri sonuçlar şöyle özetlenebilir:

 Lif boyu ve uygun lif aralıkları arttıkça, uzunlamasına dizilmiş liflerle takviyeli harcın kırılma enerjisi düşmektedir. Lif aralıklarının kademeli olarak değişmesiyle kırılma enerjisinde bir artış görülmektedir, fakat bu artış lif aralıkları 6.35 mm‟ye düşürülene kadar önemli miktarlarda değildir.

 Deney sonuçlarına göre gerilme yoğunluğu faktörü liflerin boyuna veya lif aralıklarına bağlı değildir.

 Liflerin köprüleme etkisi ile artan çatlakların kapanma etkisi, lif boyları ve liflerin arasındaki boşlukların küçülmesi ile artar. Bu etki aralıkların yaklaşık 6.35 mm‟ye düşmesi ile daha belirgin hale gelir

 Kırılma enerjisi, enerji yayılma oranı ve gerilme yoğunluğu faktörü numunenin kalınlığından bağımsızdır.

Eren Ö. ve Çelik T. [28] yaptıkları çalışmada silis dumanının ve çelik lif tiplerinin, çelik lif takviyeli yüksek dayanımlı betonların (ÇLTYDB) özeliklerine etkisini incelemişlerdir. Çalışmada iki farklı silis dumanı yüzdesi ve üç farklı kancalı lif (30/0.50, 60/0.80, 50/0.60, boy/çap, mm/mm) kullanılmıştır. Lifler hacimce üç

Parametre Çok Etkili Az Etkili

Tepe yüküne karşı gelen şekildeğiştirme B;BxA A

Tepe Yükü B;A Su/çim.

farklı oranda, beton hacminin yüzde 0.5, 1.0, 2.0‟si oranlarında karıştırılmıştır. Sonuçlara göre yarmada çekme dayanımı (ft) ile kullanılan lif yüzdesi (Vf) arasında lineer bir ilişki vardır [ft=A(Vf)+B, A ve B korelasyon katsayısı] ; aynı şekilde betonun yarmada çekme dayanımı (ft) ile basınç dayanımı (fc) arasında bir ilişki vardır [ft =C f_C +D, C ve D korelasyon katsayısı]. Bu bağıntılar; hiç silis dumanı katılmamış ve çimento ağırlığının % 5.0 ve 10.0‟u oranında silis dumanı katılmış ÇLTYDB‟nun yarmada çekme dayanımındaki gelişmeyi açıklayabilmektedir. Diğer taraftan basınç dayanımı üzerinde silis dumanı etkisi olmasına karşın, çelik liflerin miktarı ve narinliği basınç dayanımını çok az olarak etkilemiştir.

Deneylerden çıkardıkları sonuçlarda şu şekildedir:

 Katılan liflerin çap ve miktarlarını artırmak ÇLTYDB‟ların Ve-be zamanını artırır.

 Her ne tür olursa olsun lif içeriğinin artırılmasıyla taze ÇLTYDB‟ların içinde kalan hava azalır.

 Narinliği 60 olan % 2 lif içerikli betona % 10 silis dumanı eklenmesiyle yarmada çekme dayanımı %129.91 artmıştır.

 A serisi koduyla üretilen betonun yarmada çekme dayanımı (f_t) ile, kullanılan lif yüzdesi (Vf) arasında ve yarmada çekme dayanımı (ft) ile basınç dayanımı (fc) arasında lineer bir fonksiyonla; hiç silis dumanı içermeyen ve çimento ağırlığının % 5.0 ve % 10.0 oranında silis dumanı içeren ÇLTYDB‟nun yarmada çekme dayanımındaki gelişme açıklanabilir.

 % 10 silis dumanı ve % 1 oranında narinliği 60 olan lif eklenmiş A serisi beton % 28.27 ile maksimum basınç dayanım artışı sağlamıştır.

 % 2 oranında ve narinliği 75 olan lif içeren A serisi betonun basınç dayanımında % 40.69 düşüş olmuştur.