kendİnİ İyİleŞtİren Çİmentolu kompozİtler · canlı malzemelerde (deri, kemik vb.),...

50
KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER DOÇ. DR. ÖZGE ANDİÇ ÇAKIR EGE ÜNIVERSITESI İNŞAAT MÜHENDISLIĞI BÖLÜMÜ ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Upload: others

Post on 05-Sep-2019

9 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER

DOÇ. DR. ÖZGE ANDİÇ ÇAKIR

EGE ÜNIVERSITESI

İNŞAAT MÜHENDISLIĞI BÖLÜMÜ

1 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 2: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

Sunum Akışı

Çimento ve Betonun Çevresel Etkileri

Kendini İyileştirme Konsepti ◦ Terminoloji

◦ Tarihçe

◦ Otojen İyileşme

◦ Otonom İyileşme

◦ Çatlak Yüzü İyileşmesi (Self-sealing)

Deneysel Çalışmalara Örnekler

Yapı Kimyasalları Sektörü için Öneriler

2

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Mikro kapsüller

Biyolojik Müdahale

Damar Sistemi

Page 3: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

BETON TEKNOLOJİSİ

3

Page 4: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

1973 Petrol Krizi,

Enerji öncelikleri ve enerji etkin iyileştirmeler,

Artan çimento ve beton talebi,

Betondan beklenen özelliklerin artması,

Çevresel etkilerin önemi,

4

Çimento Teknolojisi

Page 5: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Çimento ve Betonun Çevresel Etkileri

1 kg çimento 0,85 – 1,35 kg CO2

Dünya’da insan kaynaklı CO2 üretiminin yaklaşık %8’i çimento üretiminden kaynaklanmaktadır,

TÇMB’ye kayıtlı çimento üretim tesislerinin 2011 yılında kullanılan elektrik enerjisi 6,8 milyar kWh – Toplam maliyetin %21,1’i,

Yakıt masrafları toplam maliyetin %38’ine karşılık gelmekte,

Hammadde masrafları ise yalnızca %9,6’sına karşılık gelmektedir.

5

Page 6: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Çimento ve Betonun Çevresel Etkileri

ABD’de, çimento üretiminde kullanılan enerji toplam enerji tüketiminin %0,25’ine karşılık geliyor,

Çimentonun gayri safi milli mal ve hizmetlerdeki payının 10 katına karşılık gelmektedir.

Agrega üretimi – Yapı çeliği üretimi – Çimento üretimi – Öğütme – Tesislerin işletmesinde harcanan enerji

6

Page 7: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

KENDİNİ İYİLEŞTİRME

7

Page 8: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

Uyarıcı Malzemeler – Değişimi algılar

Koruyucu Malzemeler – Değişimi algılar bir seferlik tepki geliştirir

Akıllı Malzemeler – Değişimi algılar uzunca bir süre ve tekrar tekrar tepki geliştirir

8 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Terminoloji

Page 9: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir.

Cansız malzemelerde gerçekleştirilen iyileşme yapay bir kendiliğindenlik ile kontrol edilir.

Malzemede oluşan hasarın tekrar dayanım kazanarak veya yalnızca fiziksel olarak kapatılmasıyla telafi edilmesi olarak tanımlanabilir.

9 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Kendini İyileştirme

Page 10: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

KENDİNİ İYİLEŞTİRME

Otojen İyileşme Otonom İyileşme Çatlak Yüzü İyileşmesi

10 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Doğal iyileşme eğilimi

Katkı veya ajan eklendiyse

Dayanım kazanma söz konusu değil, fiziksel kapama

Page 11: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

TARIHÇE

1824 – Portland Çimentosunun patentlenmesi,

1836 – Fransız Bilim Akademisi

+ CO2 CaCO3

CaOH

+ Ca(HCO3) CaCO3

1926 – Soroker ve Denson

1931 – Glanville

1937 – Brandeis

11

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Köprülerdeki çatlaklar

Page 12: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

TARIHÇE

1969 – Malinskii, ilk kez otojen iyileştirme denemeleri yapıyor,

1974 – Wagner, ilk kez minimum çatlak genişliğinden bahsediyor,

1979-1981 – Wool termoset ve termoplastik polimerlerde iyileşme,

1990lar – Dry ilk kez çimentolu matrislerde polimer iyileştirme ajanı kullanıyor,

12 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 13: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

TARIHÇE

2001 – White’ın çalışmasından sonra çok popüler bir konu haline geliyor,

13 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1984 1990 1993 1995 1997 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

Nu

mb

er

of

stu

die

s o

n s

elf

-he

alin

g

Years

White et al.

Page 14: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTOJEN İYILEŞME

Çimento matrisli kompozitlerde hidrate olmamış çimento parçacıkları

Çimento ile ikâme edilen mineral katkılar da otojen iyileşmeye neden olabilir.

14 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Hidrate olmamış çimento parçası

C-S-H jeli

Kapiler boşluk

Hegzagonal Ca(OH)2 kristali (portlandit)

Page 15: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTOJEN İYILEŞME

15 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Kürlenme İleri

hidratasyon Otojen

İyileşme

Betonun dayanım kazanması için gerekli nem ve sıcaklığın sağlanması işlemlerinin tümü.

Kürleme işlemi süresince hidrate olmamış çimento parçacıklarının hidratasyonu

Hidratasyonun tamamlanmasından sonra hasar gören (çatlayan) kısma nem/su ulaşmasıyla dayanım kazanması.

Page 16: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME

Otojen iyileşmenin kontrollü şekilde gerçekleştirileni denilebilir.

Kullanılacak ajanların belirli özelliklere sahip olması beklenir: 1. en küçük çatlaklara sızabilecek kadar düşük, malzemeden sızıp gitmeyecek kadar yoğun,

2. mikro çatlağın her bölgesine erişebilmesi açısından moleküler düzeyde olabildiğince küçük,

3. dayanım iyileşmesine katkıda bulunabilecek kadar mukavim,

4. uzun raf ömrüne sahip,

5. atmosferik ve beton içi şartlara dayanıklılık sahibi,

6. maliyet etkin

OLMALIDIR.

16 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 17: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME

1. Damar Sistemi (Dolaşım Sistemi)

2. Mikro Kapsüller

3. Biyolojik Müdahale

17 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 18: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME – DAMAR SISTEMI

Çimento matrisli kompozitlerde ilk kez Dry 1994’de gerçekleştiriyor.

Canlılardaki dolaşım sisteminden esinlenilmiş.

Aktif Yöntem ve Pasif Yöntem isimli iki farklı uygulaması bulunuyor.

Kendine has avantaj ve dezavantajları bulunuyor.

18 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 19: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME – MIKRO KAPSÜLLER

Mikroenkapsülasyon; katı, sıvı hatta gaz malzemeleri süreklilik arz eden polimerik bir malzeme ile hapsedilmesi esasına dayanır.

1-1000 µm boyutlarındadır.

İlk kez farmakolojik amaçlarla üretilmiştir.

19 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 20: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME – MIKRO KAPSÜLLER

Genellikle «yapıştırıcı» işlevi gören bir ajan enkapsüle edilse de, çimentolu matrislerde dayanım kazanılmasına katkıda bulunabilecek bir yapının (CaCO3,C-S-H, vb.) oluşmasına olanak tanıyacak bir malzeme/karışım da olabilir.

Genleşebilen bir malzeme olabilir (süperemici hidrojeller).

Farklı farklı yöntemlerle enkapsülasyon mümkündür. Kimya bilimi bu konuda çok sayıda seçeneği barındırmaktadır.

20 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Optik mikroskop altında su emerek şişmiş hidrojeller (Erdem, 2011)

Page 21: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME – MIKRO KAPSÜLLER

iyileştirme ajanı ile uyumlu olmalıdır,

matris ve bileşenleriyle uyumlu olmalıdır (burada çimentolu matris ve agregalar söz konusudur),

kapsül kırılana kadar ajanı katı, sıvı veya gaz girişinden uzun süre korumalıdır,

KABUK MALZEMESI

kabuk malzemesiyle tepkimeye girmemeli,

en küçük çatlak genişliklerine dahi erişebilecek kadar akışkan ancak çatlaktan sızıp gitmeyecek kadar da yoğun olmalı,

iyi yapıştırıcı veya çatlağı tıkayıcı özelliği olmalı,

21

ÇEKİRDEK MALZEMESİ

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 22: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME – BIYOLOJIK MÜDAHALE

Yönetmelik ve standartlar sorunların çözümünde daha akılcı ve çevreyle uyumlu yaklaşımlara teşvik ediyor.

Akrilatlar, siyanatlar vb. malzemeler insan ve çevre sağlığı için zararlı olabilir.

Bakteri sporlarının enkapsüle edilerek, karışımdaki alkalin ortama dayanabilecek ve hidratasyon devam ettikçe sıkışıp ezilmeyecek bakteri sporları kullanılabilir.

22 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 23: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

OTONOM İYILEŞME – BIYOLOJIK MÜDAHALE

Bakteri boyutları 1-3µm arasında değişirken ortalama gözenek büyüklüğü 0,5 µm dolaylarında olmaktadır.

Yeterli besin ve üreme için ortam iyileşme sürecinin başlaması için yeterli.

Gözenekli minerallere emdirerek: Genleştirilmiş perlit, pomza, diatomik toprak

Kapiler cam ürünler içerisinde,

Polimerlerle birlikte: Hidrojeller, gibi genleşebilen polimerler, poliüretan gibi polimerler

23 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Seagren, et al.

Page 24: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇATLAK YÜZÜ İYILEŞMESI

İyileştirme ajanlarının kompozit malzemeye eklenmesi her zaman dayanım kazanılmasıyla sonuçlanmayabilir.

Çatlağın fiziksel olarak tıkanması da özellikle su yapıları için son derece önemlidir.

Dayanım kazanılması söz konusu olmadığından dolaylı yollarla test edilir: 1. Su emme özellikleri

2. Ultrases hızı ölçümleri

3. Hava geçirimliliği ölçümleri

4. Klor iyon geçirimliliği ölçümleri gibi.

24 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Çatlak içinde genleşmiş hidrojelin 7 ve 28 gün fotoğrafları (Ertuğ, 2012)

Page 25: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÖRNEK ÇALIŞMA

25

Page 26: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

GMA IÇERIKLI PMF MIKRO KÜRELERI ÜRETIMI

26 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

1. Öncü polimer oluşturulması:

2. Emülsiyonlaştırıcı – Dengeleyici çözeltisi oluşturulması + Yağ fazı

3. Polimerizasyon

Page 27: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

MALZEME – POLI(GLISIDIL METAKRILAT) - P(GMA)

GMA p(GMA)

27 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

Dispersiyon polimerizasyonu

Hidrofilik

Biyo-uyumlu

Yüzey alanı> 100 m2/g

y = 2,2545x R² = 0,9796

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6

Ku

ru k

ütl

e (m

g)

Hacim (mL)

Page 28: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

MALZEME – CAM PIPET

Borosilikat 3.3 tipi laboratuvar camlarından, cam pipetler el işçiliği ile üretildi.

28 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

(D) Ç

ap =

1±0.1

mm

Boy = 12±1 mm (L)

Et Kalınlığı = 0.1 mm

Page 29: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – PIPET ENJEKSIYON

◦ Cam pipetlerin bir ucu önce parafin esaslı bir malzemeyle

kaplanmış, diğer uçtan şırınga yardımıyla doldurulmuştur.

◦ Diğer uç da doldurulduktan sonra kapatılmıştır.

◦ Bu şekilde çatlama bölgelerine yerleştirilmiştir.

29

Page 30: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – KONTROLLÜ HASAR OLUŞTURMA

• Kalıba ekleme yapılarak çentikli üretilir veya 7. günde hasar öncesi elmas uçlu hızarda kesilir,

• 7 gün kürlenen numuneler video ekstansometre ile izlenerek 0,3 mm çatlak genişliğine kadar yüklenir,

• 21 gün daha küre devam edilir,

• 28. günde iyileşme tespit edilir.

EĞILME NUMUNELERI

30

Page 31: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – ETKIN İYILEŞTIRME

Değerlendirmeye esas olan ölçüm Ultrases Hızı değişimleridir.

Dolaylı ölçümlerdir.

EĞILME NUMUNELERI

31

∑İyileşmekontrol = UPViyileşme - UPVhasar = -a + b

∑İyileşmetest = UPViyileşme - UPVhasar = -c +d

Etkin İyileşme = ∑İyileşmetest - ∑İyileşmekontrol = (-c + d) – (-a + b)

İyileşme (%)

Hasar (%)

Hasar (%)

İyileşme (%)

d

b a

c t0 t7 t28

UPVbakir UPVhasar UPViyileşme

UPVbakir UPVhasar UPViyileşme

Page 32: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – KONTROLLÜ HASAR OLUŞTURMA

7. güne kadar kürlenen numuneler, 7. günde maksimum yüklerine kadar yüklenir,

21 gün iyileşmeye bırakılır,

28. günde kırılarak iyileşmenin dayanım cinsinden değeri belirlenir.

BASıNÇ NUMUNELERI

32

Page 33: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – ETKIN İYILEŞTIRME

Değerlendirmeye esas olan ölçüm MPa cinsinden dayanım miktarlarıdır.

Direkt ölçüm sonuçlarıdır.

BASıNÇ NUMUNELERI

33

Pmax’a kadar

yükleme

(σ7)

Kırılana kadar

yükleme

(σ28)

Pmax’a kadar

yükleme

(σ7)

Kırılana kadar

yükleme

(σ28)

Zaman

Zaman

7.gün 28.gün 28.gün

∑İyileşmekontrol = σ

28 − σ

7

σ7

𝑥 100

∑İyileşmetest = σ28 − σ

7

σ7

𝑥 100

Etkin İyileşme = ∑İyileşmetest - ∑İyileşmekontrol

Page 34: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – BIRIM İYILEŞTIRME

Hangi metodun ne kadar etkili olduğunu ifade edebilmek adına %1’lik iyileştirme için gerekli iyileştirme ajanı miktarı belirlenmiştir.

Bu değer «Birim İyileştirme Hacmi» olarak adlandırılmıştır.

Bir iyileştirme yöntemiyle ilgili direkt yargıya varmaya yeterli değildir; ancak fikir verebilir.

34

Page 35: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – AKUSTIK EMISYON

Kırılma, çatlak yüzü boyunca bir enerji açığa çıkmasına neden olur.

Bu enerji büyük ölçüde ses enerjisi olarak ortaya çıkar.

Kırılmaya bağlı ortaya çıkan mikro sismisite Akustik Emisyon adı verilen elastik dalgaların açığa çıkmasına neden olur.

Bu dalgaların kaydedilmesi çatlağın büyüklüğü, kaynağı, oluşma süresi gibi önemli bilgileri içerir.

Akustik Emisyon ölçümleriyle yükleme eşzamanlı başlatılmıştır, böylece gerilme-birim deformasyon grafiğiyle tam anlamıyla örtüşmektedir.

35

Tittelboom et al., 2012

Page 36: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

YÖNTEM – MICROCT (COMPUTERED TOMOGRAPHY) ANALIZI

Cihaz: Scanco Medical µCT 50,

X-ışını yoğunluğu kapasitesi: 20-100 kVp,

Güç: 4-18W arasında değişir,

Maksimum numune boyutu 100 x 160 mm (ØxL)

Maksimum tarama büyüklüğü 50 x 120 mm (ØxL),

Çözünürlüğü 0,5 µm (nanoCT) – 100 µm arasında değişkenlik göstermektedir.

36

Page 37: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Deneysel Çalışma

DENEY PROGRAMı

37

UP

Vb

akir

UP

Vh

asar

UP

Viy

ileş

me

0. Gün 28. Gün 7. Gün Kontrollü Hasar

(Pmax’a kadar yükleme)

Eğilme Deneyleri 1) Kontrol 2) PMF-GMA 3) GMA-CP 4) PGMA-CP 5) PGMA-DK2 6) PGMA-DK3 7) PGMA-DK3.5 8) PGMA-DK4

Basınç Deneyleri 1) Kontrol 2) PMF-GMA 3) GMA-CP 4) PGMA-CP 5) PGMA-DK2 6) PGMA-DK3 7) PGMA-DK3.5 8) PGMA-DK4

Enkapsülasyon

Pipet Enjeksiyon

p(GMA) Sentezi

0. Gün 7. Gün Hasar Öncesi

7. Gün Hasar Sonrası

28. Gün İyileşme Sonrası

Page 38: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

SONUÇLAR ve TARTIŞMA

38

Page 39: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ENKAPSÜLASYON

Melamin formaldehit reçinesi sanayide çok büyük bir kullanım alanı bulmaktadır, bu nedenle de üretim prosesinin her aşaması bellidir.

pH düzenlemeleri (ilk ve ikinci) farklı zorluklar içermektedir.

39 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

Page 40: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ENKAPSÜLASYON

40 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

Page 41: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

EĞILME ÖRNEKLERINDE İYILEŞME TAYINI

Ultrases hızı ölçümleri boşluk yapısıyla direkt ilintili olduğundan, malzemenin sürekliliği ile önemli bilgiler vermektedir.

25-80 MPa basınç dayanımı bandında, ultrases hızı değerleri 3,8 ile 5,2 km/s arasında değişmektedir.

Çalışmadaki aralık 4,01 ile 4,61 km/s olarak görülmektedir. Literatüre uygun sonuçlar elde edilmiştir.

∑İyileşmekontrol = UPViyileşme - UPVhasar

∑İyileşmetest = UPViyileşme - UPVhasar

Etkin İyileşme = ∑İyileşmetest - ∑İyileşmekontrol

41 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

3,3

3,5

3,7

3,9

4,1

4,3

4,5

4,7

Kontrol GMA PMF GMA-CP PGMA-CP PGMA-DK2 PGMA-DK3 PGMA-DK3,5 PGMA-DK4

UPV Hızları (km/s)

Çatlak Öncesi Çatlak Sonrası İyileşme Sonrası

Page 42: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

EĞILME ÖRNEKLERINDE İYILEŞME TAYINI – ETKIN İYILEŞME

42 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

4,73

9,90

4,74 5,33 6,02

11,94 11,23 12,12 11,52

13,48 12,05 11,61 11,76

17,09 18,88

23,55

0,00

7,13

0,54 0,69 1,53

12,78 13,86

19,42

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Kontrol GMA-PMF GMA-CP PGMA-CP PGMA-DK2 PGMA-DK3 PGMA-DK3.5 PGMA-DK4

Eğilme Test Grupları İyileşme Miktarları

Hasar (%) İyileşme (%) Etkin İyileşme (%)

Huang ve Ye, 2013 0,8-1 mm çatlak İlk 45 saat %25-50

1,134 – 1,512 mm3

4 x 6,25 mm3

%5’i kadar hacimle 13 kata kadar daha etkili sonuç

Page 43: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

EĞILME ÖRNEKLERINDE İYILEŞME TAYINI – BIRIM İYILEŞME HACMI

43 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

Birim İyileşme Hacmi (mm3)

GMA-PMF 0,185

GMA-CP 46,30

PGMA-CP 36,23

PGMA-DK2 1307

PGMA-DK3 234,74

PGMA-DK3.5 252,53

PGMA-DK4 205,97

Page 44: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

EĞILME ÖRNEKLERINDE İYILEŞME TAYINI – AKUSTIK EMISYON ÖLÇÜMLERI

44 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

Kontrol Yük – Deformasyon grafiğinde kırılma 347,5 sn’de gerçekleşiyor.

GMA-CP Yük – Deformasyon grafiğinde kırılma 326. sn’de gerçekleşiyor.

PGMA-CP Yük – Deformasyon grafiğinde kırılma 529,5. sn’de gerçekleşiyor.

Page 45: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

22,45

31,34 26,91374794

31,22 36,00

68,24

8,89 4,46 8,77 13,56

45,79

0

10

20

30

40

50

60

70

Kontrol GMA-PMF GMA-CP PGMA-CP PGMA-DK3 PGMA-DK4

Basınç Test Grupları İyileşme Miktarları

İyileşme (%) Etkin İyileşme (%)

BASıNÇ ÖRNEKLERINDE İYILEŞME TAYINI

45 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

Basınç Deneyleri 1) Kontrol

2) PMF-GMA

3) GMA-CP

4) PGMA-CP

5) PGMA-DK2

6) PGMA-DK3

7) PGMA-DK3.5

8) PGMA-DK4

1,134 – 1,512 mm3 4 x 6,25 mm3

Page 46: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

BASıNÇ ÖRNEKLERINDE İYILEŞME TAYINI – BIRIM İYILEŞME HACMI

46 ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Sonuçlar ve Tartışma

Birim İyileştirme Hacmi (mm3)

GMA-PMF 0,15

GMA-CP 5,59

PGMA-CP 2,85

PGMA-DK3 221,24

PGMA-DK4 87,36

Page 47: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

Yapı Kimyasalları Sektörü için Öneriler

47

Page 48: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÖNERILER

İyileştirme için farklı ajanlar?

Dayanım ve geçirimlilik değişimlerinin incelenmesi ile iyileştirme etkinliğinin belirlenmesi

UPV ve Akustik Emisyon gibi indirekt yöntemlerle iyileştirme etkinliğinin belirlemesi

Ekonomik ve görece kolay enkapsülasyon yöntemi geliştirilmesi

Çimentolu matrislerle çok daha uyumlu seramik veya mineral kaplamaların kullanımı

Yapının tamamına dağılabilecek veya karışıma direkt eklenecek iyileştirme ajanları tercih edilmesi

Kullanılan farklı yöntemler, ajanların çatlak bölgelerine nasıl ulaştırılacağı sorusunu ilgilendiren lojistik problemidir.

48

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

Page 49: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

ÇİMSA 1. Yapı Kimyasalları Semineri- 10 Eylül 2015 // Sakıp Sabancı Müzesi

TEŞEKKÜRLER

49

Page 50: KENDİNİ İYİLEŞTİREN ÇİMENTOLU KOMPOZİTLER · Canlı malzemelerde (deri, kemik vb.), iyileşme bazı biyokimyasal ve hücresel reaksiyonlar neticesinde gerçekleşir. Cansız

Kaynakça Akgöl, S., Bayramoğlu, G., Kacar, Y., Denizli, A., Arıca, M.Y., 2002, Poly(hydroxyethyl methacrylate-co-glycidyl methacrylate)

reactive membrane utilised for cholesterol oxidase immobilisation, Polymer International, 51:1316-22 pp.

Day, J. L., Ramakrishnan, V., and Bang, S. S., 2003, Microbiologically induced sealant for concrete crack remediation, 16th

Engineering Mechanics Conference, 16-18 pp.

De Muynck, W., Cox, K., Belie, N. De, and Verstraete, W., 2008, Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment

for concrete, Construction and Building Materials, 22(5): 875–885 pp.

de Rooij, M.R., Qian S., Liu H., Gard W.F., and van de Kuilen J.W.G., 2008, Using natural wood to heal concrete. 2nd International

conference on concrete repair, rehabilitation and retrofitting.

Dong, H., Huang, H., and Ye, G., 2013, Inorganic powder encapsulated in brittle polymer particles for self-healing cement-based

materials, Proceedings of International Conference on Self Healing Materials.

Dry, C., 1994, Matrix cracking repair and filling using active and passive modes for smart timed release of chemicals from fibers into

cement matrices, Smart Materials and Structures, 3(2): 118–123 pp. doi:10.1088/0964-1726/3/2/006

Dry, C., 1996, Procedures developed for self-repair of polymer matrix composite materials, Composite Structures, 35: 263–269.

Dry, C., and McMillan, W., 1999, Three-part methylmethacrylate adhesive system as an internal delivery system for smart responsive

concrete, Smart Materials and Structures, 5(3): 297–300 pp.

Ertuğ, M., Üzüm, O., Şendemir Ürkmez, A., Andiç Çakır, Ö., 2013, Natural Polymer-based Hydrogel Incorporating Self Healing

Mortar, Restroration of Buildings and Monuments, 19(2/3): 179-186 pp.

Hearn N., Morley C.T., 1997, Self-healing property of concrete – experimental evidence, Materials and Structures, 30, 404–11 pp.

Hearn, N., 1998, Self-healing, Autogenous Healing and Continued Hydration: What Is the Difference, Materials and Structures, 31: 563–

567 pp.

Huang, H. and Ye, G., 2013b, Possibility of self healing by using capsules and vascular system to provide water in cementitious

materials, International Conference of Self-Healing Materials 2013 Proceedings.

Huang, H., Ye, G., and Shui, Z., 2014, Feasibility of self-healing in cementitious materials–By using capsules or a vascular

system?, Construction and Building Materials, 63: 108-118 pp.

Jonkers, H.M., Bacteria-based self-healing concrete, Heron, 56: 1–12.

Meng, L. M., Yuan, Y. C., Rong, M. Z., and Zhang, M. Q., 2010, A dual mechanism single-component self-healing strategy for

polymers, Journal of Materials Chemistry, 20(29): 6030-6038.

Mihashi, H.; Nishiwaki, T., 2012, Development of engineered self-healing and self-repairing concrete—State-of-the-art Report, Journal

of Advanced Concrete Technology, 10: 170–184.

Morimoto, T., Kunienda, M., Ueda, N., Nakamura, H., 2009, Self-healing properties of Ultra High Performance Strain Hardening

Cementitious Composites (UHP-SHCC), Proceedings of 4th International Conference on Construction Materials.

Nakamura, H., and Higai, T., 2001, Compressive fracture energy and fracture zone length of concrete, Modeling of inelastic behavior

of RC structures under seismic loads, 471-487 pp.

Neville, A. 2002, Autogenous healing: A concrete miracle? Concrete International, 24(11).

Qian, S. Z., Zhou, J., & Schlangen, E., 2010, Influence of curing condition and precracking time on the self-healing behavior of

Engineered Cementitious Composites, Cement and Concrete Composites, 32(9): 686–693. doi:10.1016/j.cemconcomp.2010.07.015

Pelletier, M., Brown, R., Shukla, A., and Bose, A., 2011, Self-healing concrete with a microencapsulated healing agent, Cement and

Concrete Research.

Ramachandran, S. K., Ramakrishnan, V., and Bang, S. S., 2001, Remediation of concrete using microorganisms, ACI Materials

journal, 98(1).

Reinhardt, H.-W.; Jooss, M., 2003, Permeability and self-healing of cracked concrete as a function of temperature and crack width,

Cement and Concrete Research, 33: 981–985.

Sisomphon, K.; Copuroglu, O., 2011, Self healing mortars by using different cementitious materials, Proceedings of International

Conference on advances in construction materials through science and engineering, Hong Kong, China.

Şahmaran, M., Yildirim, G., & Erdem, T. K. (2013). Self-healing capability of cementitious composites incorporating different

supplementary cementitious materials. Cement and Concrete Composites, 35(1), 89–101.

T.C. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, 2013, Çimento Sektörü Raporu 2013/1), Sanayi Genel Müdürlüğü Sektörel Raporlar ve

Analizler Serisi, 15s.

Üzüm, O. 2015, Polimer Ajanları Kullanarak Çimento Çimento Esaslı Kompozitler için Uygun Kendini İyileştirme Yönteminin

Belirlenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Ege Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Anabilim Dalı, İzmir.

Van Tittelboom, K., De Belie, N., De Muynck, W., and Verstraete, W., 2010, Use of bacteria to repair cracks in concrete, Cement

and Concrete Research, 40(1): 157–166 pp.

Van Tittelboom, Kim, De Belie, N., Lehmann, F., and Grosse, C. U., 2012, Acoustic emission analysis for the quantification of

autonomous crack healing in concrete, Construction and Building Materials, 28(1): 333-341.

Van Tittelboom, K., and De Belie, N., 2013, Self-Healing in Cementitious Materials: A Review, Materials, 6:2182-2217 pp.

Wagner, E.F., 1974, Autogenous healing of cracks in cement linings for grey-iron and ductile-iron watered pipes, Journal of American

Water Works Association, 66: 358-360 pp.

Wang, J.; van Tittelboom, K.; de Belie, N.; Verstraete, W., 2012, Use of silica gel or polyurethane immobilized bacteria for self-

healing concrete, Construstion and Building Materials, 26: 532–540.

Wu, M., Johannesson, B., and Geiker, M., 2012, A review: Self-healing in cementitious materials and engineered cementitious

composite as a self-healing material, Construction and Building Materials, 28(1): 571–583 pp. doi:10.1016/j.conbuildmat.2011.08.086

Yang, Y., Lepech, M. D., Yang, E. H., and Li, V. C., 2009, Autogenous healing of engineered cementitious composites under wet–dry

cycles, Cement and Concrete Research, 39(5): 382-390 pp.

Zhong, W., and Yao, W., 2008, Influence of damage degree on self-healing of concrete, Construction and Building Materials, 22(6):

1137–1142 pp.

50