Beton genellikle en ?ok kullan?lan yap? malzemesidir. Kullan?c? dostu, ekonomik, ?ekillendirilmesi kolay ve verimli bir yap? malzemesidir. Bununla birlikte, dü?ük elastik modülü, kü?ük elastik aral???, dü?ük ?ekme ve e?ilme mukavemeti ve zay?f ge?irgenlik (dolay?s?yla korozyona e?ilimli) gibi baz? dezavantajlar? da vard?r. Bu nedenle, bu eksikliklerin üstesinden gelmek i?in betonu gü?lendirmek i?in genellikle metal, polimer ve fiber kullan?l?r. Betonun performans?n? toz ve kaba par?ac?klar ?eklinde gü?lendirmek i?in ?e?itli metal karbürler gibi ?elik d???ndaki sert malzemeleri ara?t?rmak gerekir.

Metal karbürler do?al olarak bulunabilece?i gibi farkl? endüstrilerin yan ürünleri olarak da üretilebilir. Ancak karbürlerin sertlik, a??nma direnci, ?ekme mukavemeti, n?tron zay?flamas?, ?s? direnci ve kimyasal atalet gibi benzersiz ?zellikleri vard?r. Kompozitleri sert, korozyona dayan?kl? ve kimyasallara dayan?kl? hale getirmek ve farkl? aletler yapmak i?in metallere eklenirler. Metal seramiklere karbür ilavesinin daha iyi etkisini elde etmek i?in. Ara?t?rmac?lar bu karbürleri beton katk? maddeleri olarak incelemeye ba?lad?lar. Baz? makaleler, SCM boyunca karbür cüruf kullan?m?n?n betondaki ?imento tüketimini azaltabilece?ini g?stermektedir. Di?er makaleler de bu tür karbürün daha iyi dayan?kl?l??a sahip oldu?unu do?rulad?. Ara?t?rmac?lar, nanopar?ac?klar, tozlar, pullar veya lifler gibi farkl? karbür formlar? kulland?lar. Karbürlerin boyutu ve ?ekli, kompozitlerdeki ?zelliklerini etkiler.

Tungsten karbür (WC), radyasyon koruyucu bir malzeme oldu?u i?in faydal?d?r. Nano toz formundaki WC, daha yüksek radyasyon korumas? ve daha iyi bas?n? dayan?m? sa?lar. Ayr?ca mükemmel a??nma direncine, sertli?e ve kimyasal stabiliteye sahiptir. Ek olarak, WC yüksek s?cakl?k refrakterdir. 18 – 22 GPA'l?k bir sertlik ve 700 GPa'l?k bir gen? modülü ile ?ok zordur. WC a??, yüksek sertli?i korurken belirli bir plastisite ve yüksek aral?kl? süneklik üretebilir. Yüksek korozyon direncine sahiptir. Havaya maruz kald???nda, WC 600 °C'yi a?an s?cakl?klarda korozyon belirtileri g?sterecektir. WC ayn? zamanda bir elektromanyetik radyasyon emicidir.

WC, mukavemeti artt?rmak i?in tek ba??na veya farkl? metal kompozitlerle kar??t?r?larak kullan?l?r. Mukavemeti, kimyasal kararl?l???, sertli?i ve yüksek s?cakl?k direnci nedeniyle bu seramik karbür, farkl? kompozitlerin mekanik ?zelliklerini geli?tirmek i?in de kullan?l?r. WC, sinterlenmi? karbür metalin at???d?r ve SiC de bir at?kt?r.

Tungsten ve tungsten karbür, mükemmel gama radyasyon korumas? ve n?tron emilimi sa?lar. WC, kompozitlerin a??nmas? ve korozyonu üzerinde sinerjik bir etkiye sahiptir ve kompozitlerin hizmet ?mrünü uzatmak i?in kullan?l?r. Bilim adamlar?, alüminyum kompozitlere eklendi?inde, silisyum karbür ve tungsten karbürün kar??t?r?lmas?n?n, her iki karbür de daha sert ve daha gü?lü malzemeler oldu?u i?in bas?n? mukavemetini, ?ekme mukavemetini ve a??nma direncini iyile?tirece?ini bulmu?lard?r.

Bu makale, karbürlerin (silisyum karbür ve tungsten karbür) beton kompozitlerin mekanik ?zellikleri ve ge?irgenli?i üzerindeki etkisini tan?tmakta ve bunlar?n betonla uyumlulu?unu belirlemektedir. Bu iki tür karbür, betondaki ?imento a??rl???n?n s?ras?yla 1%, 2%, 3% ve 4%'si ile eklenir. ?ki karbürün 2% ve 4%'sinin kar???k bir kombinasyonu da kullan?ld?. Betonun yo?unlu?u, bas?n? dayan?m?, korozyon direnci ve e?ilme dayan?m? test edilmi?tir.

Yo?unluk 

?ekil 1, tüm beton numunelerin yo?unlu?unu g?stermektedir. ?ekil 4'te g?sterildi?i gibi, tungsten karbür ve silisyum karbür yüzdesinin artmas?yla betonun yo?unlu?u artar. Yo?unluk 4% oldu?unda tekli ve kar???k karbürlerin ve kar???k karbürlerin yo?unlu?u maksimuma ula??r.

Betondaki tungsten karbür yüzdesini art?rarak yo?unluk biraz artar. Daha dü?ük yüzdede tungsten karbür kullan?lmas? nedeniyle yo?unlukta ?nemli bir de?i?iklik olmaz. Ancak yine de betonda SiC kullanman?n yo?unlu?u art?rabilece?ini bulduk. WC'nin tipik yo?unlu?u, beton bile?iminden daha yüksektir. Kullan?lan yüzde ?ok dü?ük olsa bile karbürlerin betonun yo?unlu?unu art?rmas?n?n nedeni bu olabilir.

?ekil 1. ?imento numunelerinin yo?unlu?u

bas?n? dayan?m?

?ekil 2, karbonatl? beton kompozitlerin bas?n? dayan?m?n? g?stermektedir. Tek karbür ve kar???k karbür oran? 4%'ye yükseldik?e betonun bas?n? dayan?m? biraz artar. WC i?eri?i 4% oldu?unda, bas?n? dayan?m? 17% artar. Bas?n? dayan?m?ndaki art??, ?al??mada kullan?lan WC'nin kü?ük lifli yap?s?na ba?lanabilir. WC kü?ük elyaf?n verimlilik ve maliyet a??s?ndan ?elik elyaf ile kar??la?t?r?labilece?i sonucuna var?labilir. Tipik olarak, ara?t?rmac?lar beton hacminin 1 – 3%'si kadar bir lif i?eri?i kullan?rlar. Ancak bu ?al??mada kullan?lan karbürler, ?imentonun a??rl???na g?re katk? maddeleridir; Bu nedenle, miktarlar? s?radan liflerinkinden ?ok daha dü?ük olabilir. Bu y?ntem, belirli bir oranda ?imento i?eren malzemelerin kullan?m? daha uygun ve daha kolay oldu?u i?in tasarlanm??t?r.

?ekil 2. Numunelerin 28 gündeki Bas?n? Dayan?m?.?

Kar???k WC'nin betonun bas?n? dayan?m?n? ?nemli ?l?üde iyile?tirebilece?i bulunmu?tur. Bunun nedeni, karbürlerin daha iyi bir arayüz olu?turmas?, par?ac?klar?n daha iyi birikmesi, daha az bo?luk b?rakarak daha yüksek yo?unluk sa?lamas? olabilir. Bas?n? dayan?m?ndaki art??, betonun bir bile?eni olarak karbürlerin do?al bas?n? dayan?m?na da ba?lanabilir.

Bükülme mukavemeti

Mukavemet betonun en ?nemli ?zelli?idir. Betonun e?ilme dayan?m? genellikle zay?ft?r. E?ilme dayan?m?, beton kaplama tasar?m?nda ?ok ?nemli bir rol oynar. ?ekme / e?ilme mukavemetinin artt?r?lmas?, ara?t?rmac?lar?n ula?may? umdu?u hedeftir. Yüksek ?ekme / e?ilme mukavemetine sahip beton, ?atlak ve dayan?kl?l?k sorunlar?na daha az e?ilimlidir. Ayr?ca, beton kaplama tasar?m?nda e?ilme dayan?m? en ?nemli performanst?r. ?imdi ara?t?rmac?lar, farkl? katk? maddeleri, lifler ve di?er kaplama beton teknolojilerini kullanarak e?ilme mukavemetini iyile?tirmeye ?al???yorlar.

Betondaki farkl? karbür yüzdelerinin e?ilme kalitesi üzerindeki etkisi ?ekil 3'te g?sterilmektedir.

?ekil 3. Numunenin 28 gündeki e?ilme mukavemeti.

Bireysel ve kar???k karbürler eklenerek betonun e?ilme dayan?m? ?nemli ?l?üde iyile?tirilir. WC yüksek ?ekme mukavemetine sahiptir ancak kü?ük lifler ?eklinde kullan?l?r. Kullan?m miktar? ?ok az olsa bile e?ilme mukavemetini ?nemli ?l?üde art?rabilir. Silisyum karbür levhalar prizmalar?n kolayca zarar g?rmesine izin vermez. Betonun e?ilme mukavemetini art?rmak i?in yeterli takviye sa?larlar. WC yüksek ?ekme / e?ilme mukavemetine sahip olmas?na ra?men, kü?ük boyutu (3 ila 4 mm) nedeniyle ?ekme gerilimini etkin bir ?ekilde aktaramaz. Karbürlerin do?al mukavemeti ne kadar yüksek olursa, kompozitlerin e?ilme mukavemeti de o kadar yüksek olur. Ayr?ca a??nma direnci kompozit partiküllerin kolayca hareket etmesine izin vermez. Bu, kompozitin mukavemetini daha yüksek hale getirir.

WC ve di?er karbürlerin kar???m? yüksek e?ilme mukavemetine sahiptir. WC, sinerjik etkisinden dolay? genellikle di?er metallerle kar??t?r?l?r. Baz? bilim adamlar?, WC ve SiC'nin kompozitler üzerinde sinerjik etkileri oldu?unu bulmu?lard?r. Kompozitlerin gü?lendirilmesinde iki karbür aras?nda sinerjik bir etki buldular. WC + SiC kompozitlerinin daha iyi sonu?lar?, karbür kompozitlerin daha iyi arayüze ve sinerjik etkisine ba?lanabilir. ANOVA analizi, bükülme mukavemetini iyile?tirmede fiber yüzdesinin rolünün, iki karbür yüzdesinin e?ilme mukavemeti üzerindeki ?nemli etkisini de do?rulad???n? buldu.

?ekil 4. WC yüzdesindeki art??la E?ilme Dayan?m? De?i?imi.?

H?zl? Klorür Ge?irgenlik Testi?

Betonun ge?irgenli?i, di?er dayan?kl?l?k problemlerini kontrol etmek i?in anahtar ?zelliktir. Daha yüksek ge?irgenlik, daha dü?ük dayan?kl?l?k, daha yüksek korozyon potansiyeli ve di?er dayan?kl?l?k sorunlar? ile ilgilidir. RCPT testi, ?eli?in klorür ge?irgenli?ini ve korozyon olas?l???n? g?steren standart bir test y?ntemidir. 4% tekli ve kar???k karbürler i?in en iyi sonu?lar? elde ettikten sonra, bu beton karbürler i?in h?zl? bir klorür tayini yap?ld?.

?ekil 5, araban?n i?inden ge?en kompozit ve s?radan betonun ortalama yüklerini kar??la?t?rarak RCPT sonu?lar?n? g?stermektedir. Test, minimum ?arj?n WC 4%'yi ge?ti?i sonucuna vard?.

?ekil 5. Numunelerin H?zl? Klorür Ge?irgenlik Testi.?

Sonu?lar, WC'nin klorür iyonu penetrasyonuna kar?? en büyük dirence sahip oldu?unu g?stermektedir. Tek ba??na veya kar??t?r?ld???nda WC, beton kompozitlerin ge?irgenli?ini azalt?r. WC ?ok yo?undur ve iyonlar?n ge?mesine izin vermez. Bu nedenle, az miktarda WC bile iyonlar?n betondan ge?mesine engel te?kil edebilir. Ancak silisyum karbür daha yüksek ge?irgenlik g?sterir. Hibrit karbür kompozitler, sinerjik etkileri ve daha iyi yo?unluklar? nedeniyle ge?irgenli?i azalt?r.

Alan emisyon taramal? elektron mikroskobu

?ekil 6, kontrol (a), wc4% (B – d) ve sic4% (E, f) numunelerinin alan emisyon taramal? elektron mikroskobu g?rüntülerini g?stermektedir.

?ekil 6. (a) kontrol numunesi, (b–d) WC4% numunesi ve (e,f) SiC4% numuneleri i?in FESEM sonu?lar?.?

?ekil 10B'de, hidrasyon ürünü alt?ndaki sivri metalik parlakl?k, WC tüylerinin varl???n? g?stermektedir. A??k?as?, i?ne ?atla?? kapatmak i?in ?ok ince bir ?atlaktan ge?er. WC bariz ITZ g?stermiyor, bu da WC eklenmesinin daha iyi mukavemete yol a?mas?n?n nedeni olabilir. Tungsten karbür b?y?klar? kat? metallere benzer ve belirgin g?zenekleri yoktur. WC ayr?ca hidrasyon ürünlerini de ?ekiyor gibi g?rünüyor. ?ekil 10d'de, WC i?nesinin ucunda olu?abilen beyaz tuz hidrasyon ürünlerinden olu?an bir daire g?rülmektedir. ?yi ara katman ve net olmayan ITZ, WC'nin betonla daha iyi uyumlu oldu?unu ve bunun daha iyi dayan?m sa?lad???n? g?stermektedir. Belirgin bir g?zeneklilik, dü?ük ge?irgenli?e yol a?maz.

??züm

Bu ?al??mada, dünyan?n en sert malzemelerinden biri olan tungsten karbürün (WC) betonun bas?n? dayan?m?, e?ilme dayan?m? ve ge?irgenli?i üzerindeki etkileri incelenmi?tir. Karbür beton kompozitleri üretmek i?in tek ba??na tungsten karbürü kullanmak ve ?imento a??rl???n?n 4%'sine kar???k halde eklemek ?ok iyi bir se?im olacakt?r.

Bireysel ve kar???k formlarda karbür yüzdesinin artmas? betonun bas?n? dayan?m?n? ve e?ilme dayan?m?n? artt?r?r. Bas?n? dayan?m?n?n artmas?yla WC beton kompozitinin (yani 17%) bas?n? dayan?m? SiC kompozitinkinden daha yüksektir (bas?n? dayan?m? 6% artar). WC ?zellikle kald?r?m betonu i?in uygundur.

Dozaj 4% oldu?unda, WC ve hibrit kompozitlerin ge?irgenli?i nispeten dü?üktür. FESEM g?rüntüleri de sonu?lar? do?rulad?. A??k?as?, hem tungsten hem de karbür performans? iyile?tirebilir ve betonla uyumlu olabilir. Bununla birlikte, hibrit karbür kompozitler, mekanik mukavemeti, ?zellikle e?ilme mukavemetini geli?tirerek ve ge?irgenli?i azaltarak sinerjik etkiler sa?lar.

gelecek i?in ?neriler

Kompozitlerin ?zellikleri 4% eklenerek do?rudan iyile?tirilir. Bu, daha yüksek bir tungsten karbür yüzdesinin ara?t?r?labilece?i anlam?na gelir. Bu ?al??ma, n?tron koruyucu, kur?un ge?irmez, nükleer reakt?rler i?in elektromanyetik radyasyon bariyerleri ve 3D bask? dahil olmak üzere kurucu karbürlerinin di?er benzersiz ?zelliklerini elde etmek i?in beton kompozitlere daha da geni?letilebilir. Olumlu sonu?lar al?n?rsa ?zel niteliklere sahip ?imento ve beton üretiminin ?nünü a?abilir.