Grafen Bazlı Katkılar, Soğuk Havalarda Betonun Kürlenmesine Yardımcı Oluyor

Buildings dergisinde yayımlanan bir makale, çok düşük sıcaklıklarda yüksek dayanımlı beton (YDB) yapıların etkinliğini artırmak için bir nanomalzeme olarak grafen nanoplateletlerin (GNP’ler) kullanımına yönelik yeni fikirler ortaya koymaktadır.

RPB – Yüksek Dayanımlı Bir Beton

Geçtiğimiz yıllarda, reaktif pudra betonu (RPB), devrim niteliğinde bir çimentolu ürün hâline gelecek şekilde evrim gösterdi. İyi mekanik nitelikleri ve olağanüstü dayanıklılığı nedeniyle tüm dünyadaki bilim insanlarının ilgisini çekti.

RPB’nin yüksek dayanımı, partikül yoğunluğu paketleme teorisine uygundur; matrisi güçlendirmek için liflerin kullanılması ve çimento bazlı bileşenlerin takviyesinin dâhil edilmesi de, kompozitlerin yoğunlaştırılması ve numune içinde hidrasyon simülasyonu yoluyla RPB özelliklerinin iyileştirilmesinde etkilidir.

Bununla birlikte, özellikle sert iklimin en gerekli makinelerin bakımı ve işleyişi için elverişli olmadığı, kışın inşaat için soğuk geçtiği yerlerdeki zor ve titiz kürleme ayarları nedeniyle, RPB’nin kullanımı çoğunlukla sınırlıdır.

Kışın beton üretimi, birçok ülkenin ekonomik ve altyapısal büyümesini ciddi şekilde sınırlayan kritik bir konudur. Temel sorun, çimentolu malzemelerin çok hızlı bir şekilde ortaya çıkan donma hasarı nedeniyle çok düşük sıcaklıklarda dayanım oluşturamamasıdır.

Geleneksel kürleme yöntemlerinin eksikliği

Önceden ısı yalıtım kürü ve sıcaklık muhafaza oluşturma tekniği gibi özel kürleme teknikleri, soğuk bir iklimde çimentolu malzemeler için kullanılıyordu. Bu sistemlerin birincil temel dayanağı, beton etrafında üretilen ısının yapıya iletilmesi ya da doğrudan betona uygulanmasıdır.

Bu yaklaşımlar, beton binalarda donma hasarını önleme adına yüksek bir potansiyele sahiptir ve bu da daha fazla yapısal sağlamlık oluşturur, ancak süreçler büyük ölçüde ortam sıcaklıklarına bağımlıdır.

Koşullar aynı zamanda inşaat için sürdürülebilir ve sürekli kürleme koşullarını sağlayamaz ve bu durum yapıda dondurucu sıcaklıklarda kontrolsüz bir dayanım gelişimine neden olur. Sonuç olarak, soğuk iklimlerde RPB yapımı için özgün bir kürleme prosedürü gereklidir.

Elektrik Termal Kürleme

Son dönemde, elektrik termal (ET) kürleme tekniği, çimentolu malzemelerin çeşitli iklim koşullarında dayanım oluşturmasını sağlamak için bir yöntem olarak önerilmiştir.

ET kürleme, iletken çimentolu malzemelerle birlikte bir elektrik akımı tarafından oluşturulan ısıdan yararlanmaktadır ve üretilen ısının, sıfırın altındaki koşullarda erken dönemde RPB’nin sağlamlığını artırmak için gereken sıcaklığı sağlaması beklenir.

ET ile kürlenmiş numunelerin, kürleme işleminin sürmesi için düşük ve tutarlı elektrik iletkenliğine sahip olması çok önemlidir.

Çelik liflerin, güçlü elektrik iletkenliğine sahip tipik bir takviye dolgu maddesi olarak çimentolu malzemelerin mekanik özelliklerini, özellikle de tokluğunu başarılı bir şekilde iyileştirdiği ortaya konmuştur.

Sonuç olarak, çelik liflerin ET ile sertleşen YDB içinde takviye dolgu maddesi olarak kullanılması uygun bir seçenektir.

Grafen nanoplateletler (GNP’ler), çimentolu malzemelerin mekanik özelliklerini geliştirebilen yüksek elektrik iletkenliği olan nano boyutlu bir maddedir.

Çalışmanın Önemli Bulguları ve Gelecekteki Araştırmaların Yönü

Bu çalışmada, GNP, -20°C’de ET ile kürlenmiş YDB numunelerinin etkinliğini önemli ölçüde artırmak için kullanılmıştır. Ana iletken dolgu maddesi olarak dâhil edilecek ideal çelik lif sayısı başlangıçta matematiksel ve ampirik olarak hesaplanmıştır.

ET ile kürlenen numuneler, kürleme sıcaklığı 60-70°C aralığında kalırken, kusursuz üniform sıcaklık gelişimi göstermiştir.

GNP’nin dâhil edilmesi, YDB numunelerinin mekanik özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebilir.

ET ile kürlenmiş numunelerin basınç mukavemeti, GNP’nin kullanıma girmesiyle birlikte artmıştır. Ayrıca, ET ile kürlemenin kullanılması GNP-YDB numunelerinin performansını iyileştirmektedir: GNP içeriğini aynı tutarak, ET ile kürlenen numuneler daha yüksek mekanik özelliklere sahip olmuştur.

GNP’nin dâhil edilmesi, ET ile kürlenmiş GNP-YDB numunelerindeki hidrasyon prosesini daha geniş hidrasyon kapsamı ve daha sıkı mikro yapı ile geliştirebilir ve bu da soğuk yerlerde kış ortamındaki beton imalatları için ET ile kürlenmiş numunelerin performansına yönelik GNP entegrasyonunun üstünlüğünü vurgulamaktadır.

Bu çalışmada GNP-YDB numunelerinin -20°C’deki mukavemetini artırmak için ET kürleme ve GNP entegrasyonunun bir birleşimi kullanıldı ve soğuk iklimlerde yüksek dayanımlı beton üretimi için sağlam bir temel oluşturuldu.

Gelecekteki araştırmalarda, ET kürlemenin çeşitli koşullarının, ortam sıcaklığı, kür süresi ve kür sıcaklığı gibi yüksek dayanımlı betonun kalitesi üzerindeki kesin etkilerini incelenmesi gereklidir.

Referans

Zhou, Z., Zhang, B., Wang, M., & Wang, W. (2022). Early-Age Performance of Graphene-Nanoplatelet-Modified High-Strength Concrete Cured by Electric Thermal Curing in Severe Cold Regions. Buildings, 12(2). Available at: https://www.mdpi.com/2075-5309/12/2/86

Kaynak: https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=38536