lifli hafif betonların optimum karışım tasarımı

astgele dağıtılmış liflerle donatılandırılmış betonda ise kırılma mekanizması bir çok paralel çatlağın oluşması iletamamlanır. Beton içinde, gerek priz anında oluşan mikro çatlaklar gerek içsel gerilmelerden oluşan çatlaklar, elemançalışmaya ve yük almaya başladıktan sonra büyümeye başlayacaktır. Çatlak, beton içinde ilerlerken liflerlekarşılaştığında, çatlağın ilerlemesini sağlayan gerilme enerjisi liflere aktarılacak ve lifler tarafından karşılanmayabaşlayacak, lif bu enerjiyi karşılayamadığı anda ya kopacak ya da betondan sıyrılacaktır. Lif koptuktan yada sıyrıldıktansonra, gerilme enerjisi tekrar betona aktarılacak, çatlak bir sonraki lifle karşılaşıncaya kadar ilerlemeye devamedecektir. Bu işlem yük arttıkça tekrarlanacak ve elemanda paralel çatlaklar oluşacaktır. Nihai kırılma gerçekleşinceyekadar elemanda oluşan paralel çatlaklar elemanın sünekleştiğinin göstergesidir. Normal beton ile lifli betonların yükdeplasmaneğrisine bakıldığında, ilk çatlak oluştuktan sonra normal beton derhal kırılacak, ancak lifli beton yük almayadevam edecek, hatta eğilme dayanımının artığı görülecektir (Bentur ve Mindess, 1990).Malzemenin sünekliği ve süneklik miktarı, eklenecek olan liflerin malzeme özellikleri, miktarı (lif hacim fraksiyonu),matris ile etkileşimi yani matris-lif arasındaki bağ kuvvetleri ve kompozitin enerji yutma kapasitesine bağlıdır.Kompozitin enerji yutma kapasitesi ise matris kırılma dayanımı (K m ) ve elastisite modülünün bir fonksiyonudur. Birbaşka deyişle kompozit energi yutma kapasitesi, liflerin ve matrisin malzeme ve mekanik özelliklerine bağlı olarakbelirlenebilir. Buna bağlı olarak da hedeflenen süneklik için lif hacim fraksiyonu belirlenebilir. Bu belirtilen esaslarçerçevesinde ikici aşama olarak, hazırlanan kompozitin mekanik özellikleri test edilerek ölçülebilir. Bu bildiriyioluşturan çalışmada, sünek bir kompozit elde etmek için kullanılması gereken lif miktarı (lif hacim fraksiyonu), teorikolarak Li ve arkadaşları (Li, 1992; Li and Leung, 1992; Li and Wu, 1992) tarafından 1990’lı yıllarda ortaya atılanperformansa dayalı tasarım yöntemi kullanılarak elde edilmiş ve aşağıda gösterilen eşitlik kullanılmıştır.12G tipV f crit = ⎯⎯⎯⎯ E f (d f /L f ) 2 (1+η) (1)g τ 2 L fburada G tip kompozit enerji yutma kapasitesi, g = 2(1 + e πf/2 )/(4 + f 2 ) (germe faktörü), f germe katsayısı, τ bağ gerilmesi,L f lif uzunluğu, d f lif çapı, η=V f E f / (1-V f ) E m ; V f lif hacim fraksiyonu, E f lif elastisite modülü, ve E m matris elastisitemodülüdür. Bu formülde, germe faktörü, matris ve lif elastisite modülü ve lif fiziksel özellikleri sabit olacak şekilde,kompozit enerji yutma kapasitesi, lif hacim fraksiyonu ve bağ gerilmesinin bir fonksiyonu olarak elde edilebilir vegrafik olarak gösterilebilir. Lif hacim fraksiyonu- bağ gerilmesi grafiği Şekil 1’de gösterilmiştir. Elde edilen bugrafikten çeşitli bağ gerilmesi ve kompozit enerji yutma kapasiteleri için lif hacim fraksiyonu belirlenir. Böylece sünekbir malzeme için gerekli lif miktarı matris ve lif özelliklerine bağlı olarak tespit edilmiş olur.Kritik Lif Hacim Fraksiyonu,Vfcrit0.060.050.040.030.020.010.000.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4Bag Gerilmesi (MPa)Gtip=0.07 kJ/m2Gtip=0.06 kJ/m2Gtip=0.05 kJ/m2Gtip=0.04 kJ/m2Gtip=0.03 kJ/m2Gtip=0.025 kJ/m2Şekil 1. Kritik Lif Hacim Fraksiyonu, V fcrit,- Bağ Gerilmesi Grafiği (E f =40GPa, L f =15 mm, d f =0.037 mm, g=2.0,E m =15 GPa) (Arisoy,2002)Deneysel Çalışmaİlk aşamada; hafif, yüksek performanslı, ve sünek bir malzeme elde edebilmek için optimal karışım oranları üzerineçalışılmıştır. Bu amaçla ilk olarak kırılma dayanımı test numulereleri hazırlanmış ve test edilmiştir. Test sonuce eldeedilen matris kırılma gücünden (fracture toughness) kompozit kırılma gücü (enerji yutma kapasitesi- kompozit fracturetoughness) belirlenmiş ve en düşük bağ kuvveti için gerekli lif miktarı Şekil 1’de verilen grafikten belirlenmiştir.913