Giriş
Epoksi reçineler, mükemmel yapışma özellikleri, mekanik özellikleri ve kimyasal korozyon direnci sayesinde bina güçlendirme ve onarım alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle epoksi reçine, beton yapıların restorasyonunda çatlak dolgusu ve yüzey onarımı için kullanılır ve bu yapıların bütünlüğünü ve dayanıklılığını etkili bir şekilde geri kazandırır. Ancak saf epoksi reçine, kürlenme süreci sırasında ve ısıtılmış ortamlarda belirli bir oranda uzunluk değişikliğine uğrar. Isıl genleşme katsayısı beton alt tabakanınkinden büyük ölçüde farklıysa, sıcaklık değişiklikleri sırasında arayüzde iç gerilim oluşması muhtemeldir; bu da daha sonra yapının ayrılmasına veya ikincil çatlak oluşumuna yol açacak ve nihayetinde onarım etkisini ve uzun vadeli stabiliteyi etkileyecektir [1].
Epoksi reçinelerinin boyutsal kararlılığını artırmak için, termal genleşme katsayılarını düşürmek amacıyla reçine matrisine sıklıkla inorganik dolgu maddeleri eklenir. İçi boş, hafif ve mikron boyutunda bir inorganik dolgu maddesi olan cam boncuklar, düşük termal genleşme katsayısı, yüksek özgül mukavemet ve iyi akışkanlık özelliklerine sahiptir [2]. Bu maddeler, kompozit malzemenin termal genleşme katsayısını azaltmakla kalmaz, aynı zamanda onarım malzemesinin kendi ağırlığını da bir dereceye kadar azaltır; bu da onları hem pratik hem de ekonomik kılar.
Bu deneyde kullanılan numuneler, bina çatlaklarının onarımında kullanılan epoksi reçinelerdi; bu reçinelerde Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme maddesi olarak fenolik amid kullanılmış ve bir kompozit Kürleşme (Çapraz Bağlanma Reaksiyonları)Kelimenin tam anlamıyla tercüme edildiğinde, "çapraz bağlama" terimi "çapraz ağ oluşturma" anlamına gelir. Kimyasal bağlamda, moleküllerin kovalent bağlarla birbirine bağlandığı ve üç boyutlu ağlar oluşturduğu reaksiyonlar için kullanılır. kürleme hızlandırıcı sistemi oluşturmak üzere kardanol (C) ve dietilentriamin (D) ilave edilmiştir (Şekil 1). Reçineye farklı kütle fraksiyonlarına (%0, %0,5, %1, %1,5, %2) sahip cam boncuklar (GB) eklenerek (ilave oranı, epoksi reçinesinin kütlesinin yüzdesi olarak hesaplanmıştır), bu içeriğin epoksi reçinesinin ortalama termal genleşme katsayısı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu deneyde kullanılan test cihazı, NETZSCH TMA 402 F1 termomekanik analizörüdür (paslanmaz çelik fırınla donatılmıştır).
Deney Koşulları
Ölçüm koşulları Tablo 1’de ayrıntılı olarak verilmiştir.
Tablo 1: Deney koşulları
| Cihaz | TMA 402 F1 Hyperion® |
| Örnek boyutu | Küp şeklinde, yaklaşık 10 mm x 10 mm x 25 mm |
| Isıtma hızı | 5 K/dk |
| Statik kuvvet | 50 mN |
| Numune tutucu | Eritilmiş silika sıkıştırma tutucusu |
| Sıcaklık aralığı | -50 - 150 °C |
| Atmosfer | İnert gaz (70 ml/dk) |
Ölçüm Sonuçları ve Tartışma
Şekil 2, farklı GB içeriklerine sahip kürlenmiş epoksi reçine numunelerinin ikinci denemeden elde edilen dL/L0 eğrilerini göstermektedir. Tablo 2, her bir numunenin farklı sıcaklık aralıklarındaki camsı geçiş sıcaklığını (Tg) ve ortalama termal genleşme katsayısını (mCTE) özetlemektedir.
Tablo 2’de gösterildiği gibi, epoksi reçineninTg değeri GB içeriğinin artmasıyla birlikte hafifçe azalmaktadır. Boş numune (1#) 60,8 °C’lik birTg değeri sergilemektedir; %2,0 GB’deTg değeri 57,9 °C’ye ulaşarak 2,9 °C’lik bir düşüş göstermektedir. Bu marjinal düşüş, çapraz bağ ağı yapısının bozulmasına ve arayüzdeki serbest hacmin artmasına [3] yanı sıra, kürlenmeyi marjinal düzeyde engelleyen eser miktarda nem ve kalıntı katkı maddelerine atfedilebilir [4].
Tablo 2: Farklı GB içeriğine sahip epoksi reçine numunelerininTg ve mCTE değerleri
| Numune No. | Cam Boncuk İçeriği (ağırlık %) | Tg (°C) | mCTE (10⁻⁶ 1/K) | |
| -40 - 0 °C | 100 - 150 °C | |||
| 1 | 0 | 60,8 | 84,49 | 202,65 |
| 2 | 0,5 | 60,1 | 82,58 | 202,27 |
| 3 | 1,0 | 59,8 | 82,43 | 200,14 |
| 4 | 1,5 | 58,3 | 81,47 | 194,05 |
| 5 | 2,0 | 57,9 | 81,29 | 192,42 |
Camsı durumda (-40 °C ile 0 °C arasında), GB içeriği %0'dan %2,0'a yükseldikçe mCTE, 84,49 ×10⁻⁶ K⁻¹'den 81,29 ×10⁻⁶ K⁻¹'e düşer; bu, %3,8'lik bir azalmaya karşılık gelir. Bu durum, matrisTg'nin altında olsa bile sert GB'lerin termal genleşmeyi kısıtladığını göstermektedir. Kauçuk benzeri durumda (100 °C ile 150 °C arasında), saf epoksi 202,65 × 10⁻⁶ K⁻¹ mCTE değeri gösterir (camsı durumdaki değerin yaklaşık 2,4 katı). %2,0 GB ilavesi bu değeri 192,42 ×10⁻⁶ K⁻¹'e düşürür (%5,1 azalma), bu da kauçuk benzeri durumda daha belirgin bir kısıtlama etkisini doğrular.
İncelenen sıcaklık aralığı boyunca, mCTE, literatür bulgularıyla tutarlı olarak [5] GB içeriği ile negatif korelasyon gösterir.
Sonuç
TMA 402 F1 ile elde edilen numune test sonuçlarına dayanarak, kompozitlerin termal davranışları kesin bir şekilde tanımlanabilir. Cam boncukların eklenmesi, epoksi reçinenin termal genleşme katsayısını önemli ölçüde azaltır, beton alt tabakalarla termal uyumu artırır ve sıcaklık değişikliklerinin neden olduğu yapışmanın bozulması ve çatlama riskini azaltır; bu da beton onarım malzemelerinin formülasyonunun optimizasyonu için deneysel bir temel sağlar.