An investigation on the effect of Poly Vinyl Alcohol (PVA) fiber size on the properties of cementitious lightweight mortar

Abstract

It is an undesirable situation for cement-bound materials to be brittle. Mortars with brittle character show brittle properties under applied loads. When they reach the limit of the load they can carry and the energy they can absorb, fractures occur. The fact that cemented products exhibit such properties can often be considered as an undesirable situation depending on the purpose of use. More ductile and more energy-absorbing mortars are preferred. Different fibers can be used to add ductility to cement-based mortars and to absorb more energy. In this experimental study, in order to examine the effects of Poly Vinyl Alcohol (PVA) fiber size on the properties of cement-based light mortar, 9 different mortar combinations were prepared, and mortar samples were prepared by adding PVA fiber at the rates of 0.3%, 0.6%, 1%, 1.4% by weight. In addition to the test samples prepared using PVA fibers in 2 different sizes, 6 mm and 8 mm in length, control samples without fiber for reference purposes were also prepared. Compressive strength, water absorption and ultrasound transmission velocity tests of all test samples were carried out experimentally. According to the findings, when the amount of 6 mm PVA fiber used was increased, an increase was observed in the compressive strength and ultrasound transmission velocity values of the mortar, while a decrease was observed in the water absorption by mass and capillary water absorption values. However, when the amount of 8 mm PVA fiber used was increased, it was determined that the compressive strength and ultrasound transmission rate values decreased, and the water absorption values increased. It has been observed that the deformation value of the control mortar is less under load and this mortar is more brittle. However, it was determined that the mortars exhibited a more ductile behavior as the fiber content increased. Also, it has been observed that 6 mm PVA fibers can increase both the ultimate load and the deformation together.

Keywords

• PVA fiber
• lightweight mortar
• performance
• load deformation
• analysis

Poli vinil alkol (PVA) lif boyutunun çimento esaslı hafif harcın özelliklerine etkisi üzerine bir inceleme

Abstract

Çimento bağlayıcılı malzemelerin gevrek olması istenilmeyen bir durum olarak karşımıza çıkmaktadır. Gevrek karaktere sahip harçlar uygulanan yükler altında kırılgan özellik gösterirler. Taşıyabileceği yük ve sönümleyebileceği enerji sınırına ulaştıkları zaman kırılmalar meydana gelir. Çimentolu ürünlerin bu tip özellikler sergilemesi kullanım amacına da bağlı olarak çoğunlukla istenmeyen bir durum olarak değerlendirilebilmektedir. Daha sünek ve daha fazla enerji sönümleyebilen harçlar tercih edilmektedir. Çimento esaslı harçlara süneklik kazandırabilmek ve daha fazla enerji sönümletebilmek amacıyla farklı lifler kullanılabilmektedir. Bu deneysel çalışmada Poli Vinil Alkol (PVA) lif boyutunun çimento esaslı hafif harcın özelliklerine etkilerinin incelenmesi amacıyla 9 farklı harç kombinasyonu hazırlanmış, karışımlara ağırlıkça %0.3, %0.6, %1, %1.4 oranlarında PVA lif ilave edilerek harç örnekleri hazırlanmıştır. 6 mm ve 8 mm uzunluklarında olmak üzere 2 farklı boyutta PVA lif kullanılarak hazırlanan test örneklerinin yanı sıra referans amaçlı lif içermeyen kontrol örnekleri de hazırlanmıştır. Tüm test örneklerinin basınç dayanımı, su emme ve ultrases geçiş hızı testleri deneysel olarak yapılmıştır. Elde edilen bulgulara göre, 6 mm PVA lif kullanım miktarı artırıldığında harcın basınç dayanımı ve ultrases geçiş hızı değerlerinde artma gözlemlenirken, kütlece su emme ve kapiler su emme değerlerinde azalma gözlemlenmiştir. Bununla birlikte 8 mm boyutunda PVA lif kullanım miktarı artırıldığında basınç dayanımı ve ultrases geçiş hızı değerlerinin azaldığı ve su emme değerlerinin arttığı belirlenmiştir. Kontrol harcının yük altında deformasyon değerinin daha az olduğu ve bu harcın daha kırılgan olduğu gözlemlenmiştir. Ancak, harca lif ilavesi ile birlikte, lif oranı da arttıkça, harçların daha sünek bir davranış sergilediği tespit edilmiştir. Bununla beraber, 6 mm PVA liflerinin hem kırılma yükünü hem de deformasyonu birlikte artırabildiği gözlemlenmiştir.

Keywords

• PVA lif
• hafif Harç
• performans
• yük deformasyon
• analiz

References

1. Balun, B., Hafif agregalı kendiliğinden yerleşen harçların mekanik ve durabilite özellikleri/Mechanical and durability properties of self compacting mortar with ligthweight aggregate, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi, Fen Blimleri Enstitüsü, Elazığ, (2013).
2. Sonoda, Y., Tamai, H., ve Ikeda, H., Seismic Performance of Dam Piers Retrofitted with Reinforced Polymer Cement Mortar, Applied Sciences, 11(16), 7255, (2021).
3. Coppola, B., Courard, L., Michel, F., Incarnato, L., Scarfato, P., ve Di Maio, L., Hygro-thermal and durability properties of a lightweight mortar made with foamed plastic waste aggregates, Construction and Building Materials, 170, 200-206, (2018).
4. Okasha, M. A. T. A., Abdel Razek, M., ve El-Esnawi, H., Strengthening of existing RC buildings by using autoclaved aerated concrete infill Wall, HBRC Journal, 16(1), 143-155, (2020).
5. Faghihmaleki, H., Nejati, F., ve Masoumi, H., In vitro evaluation of additives allowed for high strength concrete (HSC) and foam concrete, Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 23(3), (2017).
6. Türk, K., ve Kına, C., Çimento esaslı kompozitlerde karma lif kullanımı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(6), 671-678, (2017).
7. Mujeebul Rahman LATIFI, Makro Sentetik Polipropilen Lif Kullanımının Beton Karışımlarının Taze ve Sertleşmiş Hal Özelliklerine Etkisi, Yüksek Lisans Tezi, Bursa Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2020).
8. Yaprak, H., Memis, S., Kaplan, G., Yilmazoglu, M. U., ve Ozkan, I. G. M. Effects on compressive strenght of accelerated curing methods in alkali activated mortars, Int J Sci Technol Res, 4, (2018).

9. Zhang, P., Li, Q. F., Wang, J., Shi, Y., ve Ling, Y. F. Effect of PVA fiber on durability of cementitious composite containing nano-SiO2, Nanotechnology Reviews, 8(1), 116-127, (2019).
10. Kızılılgın, B., Çelik ve karbon lifli harçların sülfat etkilerine dayanıklılığının incelenmesi (Doctoral dissertation, DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü), (2009).
11. Ji, Y., Zou, Y., Wan, X., ve Li, W., Mechanical Investigation on Fiber-Doped Cementitious Materials, Polymers, 14(9), 1663, (2022).
12. de França, M. S., Cardoso, F. A., ve Pileggi, R. G., Influence of the addition sequence of PVA-fibers and water on mixing and rheological behavior of mortars. Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 9, 226-243, (2016).
13. Abbas, W. A., Gorgis, I. N., ve Hussein, M. J., Performance of Cement Mortar Composites Reinforced with Polyvinyl Alcohol Fibers, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 518, No. 2, p. 022045, (2019).
14. Huang, J., Wang, Z., Li, D., ve Li, G., Effect of Nano-SiO2/PVA Fiber on Sulfate Resistance of Cement Mortar Containing High-Volume Fly Ash, Nanomaterials, 12(3), 323, (2022).
15. Calis, G., Akpinar, M. E., Yildizel, S. A., ve Çöğürcü, M. T., Evaluation and optimization Of PVA reinforced cementitious composite containing metakaolin and fly ash, Revista Romana de Materiale, 51(1), 53-66, (2021).
16. Çomak, B., Bideci, A., ve Bideci, Ö. S., Effects of hemp fibers on characteristics of cement based mortar, Construction and Building Materials, 169, 794-799, (2018).
17. Küçükarslan Sarioğlu, Ö., Tasarlanmış çimento esaslı kompozitlerde pva lif oranının temel mekanik, boyutsal stabilite ve üstyapı kaplaması olarak performans özellikleri üzerine etkisi (Master's thesis, Fen Bilimleri Enstitüsü), (2020).
18. Dilli, M. E., Şengül, C., ve Atahan, H. N. Yalın ve Pva Liflerle Güçlendirilmiş Yapısal Yarı Hafif Betonların Kırılma Performanslarının İncelenmesi, (2021). hazir_beton_dergisi_makale_yalin_ve_pva_liflerle_guclendirilmis_yapisal_yari_hafif_betonlarin_kirilma_performanslarinin_incelenmesi_-165.pdf (thbb.org).
19. Uygunoğlu, T., Topçu, İ. B., Şimşek, B., Eryeşil, Ö., & Al-Turki, Y. A. Y. A. Çimento esaslı harçların fiziksel ve mekanik özeliklerinde polivinil alkol (pva) liflerin etkisi. Politeknik Dergisi, 1-1, (2022).
20. Coşkun, A., ve Sarıışık, A. Polipropilen Lif Takviyeli Pomza Tozu İçeren Harçların Fiziksel ve Mekanik Özellikleri. Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 11(1), 269-277, (2022).
21. ÖNER, B., Lif takviyeli çimento esaslı kompozit üretiminde polimer atıkların değerlendirilmesi (Doctoral dissertation, DEÜ Fen Bilimleri Enstitüsü), (2013).
22. Boğazkesen, K. K., PVA lif donatılı çimento esaslı kompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi, Doktora Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, (2011).
23. Dilli, M. E., Hafif agrega içeren yalın ve PVA lif ile güçlendirilmiş yapısal betonların mekanik özelliklerinin incelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, (2015).
24. https://pngmerkezdotorg.wordpress.com/2020/06/20/lifli-betonlar/ (04.06.2022).
25. Özbay, E., Lif türünün betonların yük-deplasman davranışı ve donma-çözülme direncine etkisi. Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(1), 273-280, (2016).
26. Yao, X., Huang, G., Wang, M., ve Dong, X., Mechanical properties and microstructure of PVA fiber reinforced cemented soil. KSCE Journal of Civil Engineering, 25(2), 482-491, (2021).
27. ASTM C109/C109M-02 Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens).
28. Ünal, M. T., Ve Şimşek, O., Çimento harçlarında optimum uçucu kül ve PVA lif oranının belirlenmesi. Politeknik Dergisi, 1-1, (2021).
29. Topçu, İ. B., Demirel, O. E., ve Uygunoğlu, T., Polipropilen lif katkılı harçların fiziksel ve mekanik özelikleri, Politeknik Dergisi, 20(1), 91-96, (2017).
30. TS EN 998-1, (2011), Kâgir harcı - Özellikler - Bölüm 1: Kaba ve ince sıva harcı, TSE, Ankara, s20.