Farklı reçine/dolgu oranlarına sahip mühendislik taşlarının mekanik özellikleri üzerine kuvars dolgusunun etkilerinin incelenmesi

Abstract

Kuvars mermer gibi kırılmış taşların polimerik reçine gibi bir yapıştırıcı ile bağlanmasıyla elde edilen mühendislik taşları, dayanıklı yüzeyler oluşturmak üzere tasarlanmış kompozitlerdir. Bu alanda, farklı dolgu maddeleri içeren taşlar üzerinde çalışmalar mevcut olsa da, kuvars dolgu/reçine oranından mekanik performansın nasıl en üst düzeye çıkarılacağına dair fazla araştırma yoktur. Bu çalışmada, farklı oranlarda toz dolgu maddesi ve reçine kullanımının mühendislik taşlarının mekanik özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. İlk olarak, 212-500 µm arasında boyutlarda kuvars taneleri içeren mühendislik taşı numuneleri üzerinde boşluk testleri yapılmıştır. Karışımdaki reçine ve dolgu oranları hacimce sırasıyla %45-60 ve %55-40 olarak belirlenmiştir. Ancak bu değerlere göre yapılan deneylerde boşluklar dolgu ve reçine ile tamamen doldurulmamıştır. Daha sonra kuvars dolgu oranı %5, %10 ve %15 artırılarak yeni ölçümler yapılmıştır. Bu şekilde üretilen numunelerin yüzey morfolojisi, akı direnci, görünür yoğunluk ve su emme yüzdesi gibi çeşitli özellikleri analiz edilmiştir. SEM analizi, dolgu ve reçine oranlarının artmasıyla gözeneklerin kapandığını göstermiştir. Ayrıca, su emilimindeki azalma ve eğilme dayanımı ile görünür yoğunluktaki artış, bu çalışmanın önemli sonuçları arasındadır. En yüksek eğilme dayanımı değeri olan 70 MPa, %56 reçine ve %44 dolgu içeren bir numunede elde edilmiştir. Bu numunedeki yoğunluk 2,32 kg/m3 ve su emilimi %2,002 olarak bulunmuştur.

Keywords

• Mühendislik taşı
• kompozit levha
• mekanik özellikler
• kuvars yüzeyler
• dolgu/reçine oranı

Investigation of the effects of quartz filler on mechanical properties of engineered stones with different resin/filler ratios.

Abstract

Engineered stones, made by bonding crushed stone such as quartz marble with an adhesive such as polymeric resin, are composites designed to create durable surfaces. In this field, while studies on stones containing different fillers exist, there is not much research available on how to maximize mechanical performance from a quartz filler/resin ratio. This study investigates the effect of using different proportions of powder filler and resin on the mechanical properties of engineered stones. Initially, void tests were conducted on engineered stone samples containing quartz grains with sizes between 212 and 500 µm. The resin and filler ratios in the mixture were determined to be 45-60% and 55-40% by volume, respectively. However, in the experiments conducted based on these values, the voids were not completely filled with filler and resin. Subsequently, new measurements were made by increasing the quartz filler ratio by 5%, 10%, and 15%. Various properties of the samples produced in this manner, such as surface morphology, flux resistance, apparent density, and water absorption percentage, were analyzed. SEM analysis revealed that pores closed due to increasing the filler and resin ratios. Furthermore, the decrease in water absorption and the increase in flexural strength and apparent density are among the important results of this study. The highest flexural strength value of 70 MPa was obtained in a sample containing 56% resin and 44% filler. The density in this sample was 2.32 kg/m3 and the water absorption obtained as 2.002%.

Keywords

• Engineered stone
• composite slab
• mechanical properties
• quartz surfaces
• filler/resin rate.

References

1. Turkish Composite Manufacturers Association. Events, https://kompozit.org.tr/wp-content/uploads/2017/03/Composites-Turkey-13.pdf ; (2022) [accessed 28 February 2022]
2. Santos, G.G., Crovace, M.C., Zanotto, E.D. “New engineered stones: Development and characterization of mineral-glass composites,” Composites Part B, vol. 167, pp. 556-565, (2019). DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.03.010
3. Belenco. https://www.belenco.com/en/why-belenco.aspx ; (2022) [accessed 05.05.2022]
4. Ferdous,, W. Manalo, A. Aravinthan, T. Erp, G.V. “Properties of epoxy polymer concrete matrix: effect of resin-to-filler ratio and determination of optimal mix for composite railway sleepers,” Constr. Build. Mater., vol. 124, pp. 287-300, (2016). DOI:doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.07.111
5. Heriyanto, F. Pahlevani, V. Sahajwalla, “Effect of different waste filler and silane coupling agent on the mechanical properties of powder-resin composite,” J. Clean. Prod., vol. 224, pp. 940-956, (2019). doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.269
6. Demartini, T.J.C. Rodriguez, R.J.S. Silva, F.S. “Physical and mechanical evaluation of artificial marble produced with dolomitic marble residue processed by diamond-plated bladed gang-saws,” J. Mater. Res. Technol., vol. 7(3), pp. 308-313, (2018). doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.02.001
7. Lee, M.Y. Ko, C.H. Chang, F.C. Lo, S.L. Lin, J.D. Shan, M.Y. “Artificial stone slab production using waste glass, stone fragments and vacuum vibratory compaction,” Cem. Concr. Compos., vol. 30, pp. 583–587, (2018).
8. Peng, L. Qin, S. “Mechanical behaviour and microstructure of an artificial stone slab prepared using a SiO2 waste crucible and quartz sand,” Constr. Build. Mater., vol. 171, pp. 273–280, (2018). doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.141

9. Pączkowski, P., Głogowska, K. Preparation and Characterization of Quartz-Reinforced Hybrid Composites Based on Unsaturated Polyester Resin from Post-Consumer PET Recyclate. Materials 17, 1116, (2024) https://doi.org/10.3390/ma17051116
10. Kosedağ, E. Investigation of the Effect of Filling Ratio on Mechanical Properties of Pumice Filled Epoxy-Based Composites.. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 11. (2023). 10.29109/gujsc.1279794.
11. TS EN 14617-2:2014, TS EN Standards, Agglomerated stone Test methods Part 2: Determination of flexural strength (bending). Ankara; (2014).
12. TS EN 14617-1:2016, TS EN Standards, Agglomerated stone Test methods Part 1: Determination of apparent density and water absorption. Ankara; (2016).
13. Perim, T.B., Carvalho, E., Barreto, G., Cruz Silva, T.L., Monteiro, S.N., Azevedo, A.R.G., Vieira, C.M.F. Characterization of Artificial Stone Produced with Blast Furnace Dust Waste Incorporated into a Mixture of Epoxy Resin and Cashew Nut Shell Oil. Polymers (2023), 15, 4181. https://doi.org/10.3390/polym15204181
14. Haddad, H. Kobaisi, M.A. “Influence of moisture content on the thermal and mechanical properties and curing behavior of polymeric matrix and polymer concrete composite,” Mater. Des. vol. 49, pp. 850-856, (2013). doi.org/10.1016/j.matdes.2013.01.075.
15. Suta, S., Wattanasiriwech, S., Wattanasiriwech, D., Duangphet, S., Thanomsilp, C. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 600 012009 (2019).
16. Lee, MY., Ko CH., Chang, FC. Lo, SL. Lin, JD., Shan, MY., Lee JG. Artificial stone slab production using waste glass, stone fragments and vacuum vibratory compaction. Cement and Concrete Composites. 30, 7, 583-587 (2008).
17. Santos, J.P., Rosa, L.G., Amaral, P.M. Temperature effects on mechanical behaviour of engineered stones. Construction and Building Materials. 25, 1, 171-174, (2011).