INVESTIGATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF LIGHTWEIGHT CONCRETES WITH POLYMER BINDERS

Abstract

In this study, polymer concrete composites were produced using vinylester resin as polymer binder and pumice and expanded perlite aggregates as lightweight aggregate. Aggregates used in concrete mixtures were determined as 0%, 15%, 30% and 45% by volume. A series of experimental studies were carried out on polymer concrete samples produced at the determined mix ratios. In this context, the theoretical and apparent densities of the polymer concrete samples were compared and compressional wave velocity tests were performed. The strengths of polymer concretes were determined by performing flexural and compressive tests for the mechanical properties of the samples. Mechanical and physical properties were found to vary depending on the type and ratio of aggregate used. When the polymer concrete series with both aggregates were examined, it was observed that the flexural and compressive strengths of the samples produced using pumice were higher than the samples produced using expanded perlite. Polymer concrete samples produced using 30% pumice aggregate provided the highest strength values in this study. These samples had a flexural strength of 44 MPa and a compressive strength of 122 MPa. Finally, depending on the increase in aggregate ratio, the flexural strengths first increased and then decreased in the pumice series, while it decreased in the expanded perlite series. Compressive strengths first increased and then decreased in both aggregate series.

Keywords

• Polymer Concrete
• Lightweight Concrete
• Pumice
• Expanded Perlite
• Physical Properties
• Mechanical Properties.

POLİMER BAĞLAYICILI HAFİF BETONLARIN FİZİKSEL VE MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Abstract

Bu çalışmada, polimer bağlayıcı olarak vinilester reçine ve hafif agrega olarak pomza ile genleştirilmiş perlit agregalarının kullanıldığı polimer beton kompozitleri üretilmiştir. Beton karışımlarında kullanılan agregalar hacimce %0, %15, %30 ve %45 oranlarında belirlenmiş ve belirlenen karışım oranlarında üretilen polimer beton numuneleri üzerinde bir dizi deneysel çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda polimer beton numunelerinin teorik yoğunlukları ile görünür yoğunlukları karşılaştırılmış, boyuna dalga hızı deneyi yapılmıştır. Numunelerin mekanik özellikleri için eğilme ve basınç deneyleri yapılarak polimer betonların dayanımları belirlenmiştir. Mekanik ve fiziksel özelliklerin kullanılan agrega tipine ve oranına göre değiştiği ortaya çıkmıştır. Her iki agregalı polimer beton serileri incelendiğinde pomza kullanılarak üretilen numunelerin eğilme ve basınç dayanımlarının genleştirilmiş perlit kullanılarak üretilen numunelerden daha yüksek değerlerde olduğu görülmüştür. Çalışmada en yüksek dayanım değerlerini %30 pomza agregası kullanılarak üretilen polimer beton numuneleri sağlamıştır. Bu numunelerde eğilme dayanımı 44 MPa, basınç dayanımı 122 MPa’dır. Son olarak agrega oranının artışına bağlı olarak eğilme dayanımları pomzalı serilerde önce artıp sonra azalışa geçmişken, genleştirilmiş perlitli serilerde azalış göstermiştir. Basınç dayanımları ise her iki agregalı serilerde de önce artmış daha sonra azalışa geçmiştir.

Keywords

• Polimer Beton
• Hafif Beton
• Pomza
• Genleştirilmiş Perlit
• Fiziksel Özellikler
• Mekanik Özellikler.

References

1. Akyüncü, V., 2019. Pomza Agregalı Hafif Beton Blokların Mekanik Özeliklerinin ve Yangın Etkisi Altındaki Davranışının İncelenmesi. Ömer Halisdemir Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8, (1), 147-157.
2. Baydar, U., 2016. Polimer Betonların Yüzey Yapışma Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
3. Beycioğlu, A., Başyiğit, C., Kılınçarslan, Ş., 2010. Pomza Agregalı Hafif Beton Özelliklerine Silis Dumanının Etkisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 14, (2), 200-205.
4. Chandra, S., Berntsson, L., 2002. Lightweight Aggregate Concrete: Science, Technology, and Applications. William Andrew Applied Science Publishers.
5. Çelik, A.G., Kılıç, A.M., Akkurt, F., 2014. Yapı Malzemesi Üretiminde Genleştirilmiş Perlit Agregası Kullanılabilirliğinin Araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 29, (3), 451-458.
6. Davraz, M., Gündüz, L., Başpınar, E., 2011. Lightweight Aggregated Foam Plaster for Thermal Insulation in Buildings. Journal of Engineering Science and Design, 1, (3), 150-155.
7. Davraz, M., Koru, M., Yanardağ, B., 2021. Kalsiyum Alüminat Çimentolu Hafif Betonun Fiziko-Mekanik ve Termal Özelliklerinin Araştırılması, Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 9, (1), 217-229.
8. Douba, A., Genedy, M., Matteo, E.N., Kandil, U.F., Stormont, J., Reda Taha, M.M., 2017. The Significance of Nanoparticles on Bond Strength of Polymer Concrete to Steel. International Journal of Adhesion and Adhesives, 74, 77-85.

9. Fidan, Ş., Oktay, H., Polat, S., 2020. Hafif Yapı Malzemelerinin Isıl İletkenlik Özelliklerinin Yapay Sinir Ağları Kullanılarak Tahmin Edilmesi. Batman Üniversitesi Yaşam Bilimleri Dergisi, 10, (1), 28-41.
10. Geçten, O., Gül, R., 2019. Hafif ve Normal Agregalı Betonlarda Atmosferik Kürün Su Emme, Rötre ve Isı İletkenliği Üzerine Etkileri. TÜBAV Bilim Dergisi, 12, (3), 20-31.
11. Gökçe, H.S., Şimşek, O., Durmuş, G., Demir, İ., 2010. Ham Perlit Agregalı Hafif Beton Özelliklerine Alternatif Genleştirilmiş Perlit Kullanımının Etkisi. Politeknik Dergisi. 13, (2), 159-163.
12. Kılıçtan, S., Demir, U., 2021. Hafif Blok Üretiminde Çanakkale Ayvacık Volkanik Tüfünün Agrega Olarak Kullanılabilirliğinin Araştırılması. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 12, (5), 821-828.
13. Kılınç Aksay, E., Akar, A., Cöcen, İ., 2016. Pomza Cevherinin Hazırlanması ve Zenginleştirilmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16, 384-390.
14. Kılınçarslan, Ş., Davraz, M., Akça, M., 2018. Pomza Agregalı Köpük Betonların Özelliklerinin Araştırılması. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 6, (1), 148-153.
15. Kozak, M., Ünal, O., 2010. Hafif Agregalı Blokların Özelliklerinin Araştırılması. Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, 6, (2), 17-30.
16. Miturski, M., Sas, W., Radzevicius, A., Šadzevicius, R., Skominas, R., Stelmaszczyk, M., Głuchowski, A., 2021. Effect of Dispersed Reinforcement on Ultrasonic Pulse Velocity in Stabilized Soil. Materials, 14, (22), 6951, 1-18.
17. Özden, Ç.A., 2010. Polimer Betonların Donma - Çözülme Etkisine Dayanıklılığı. Yüksek Lisans Tezi, Namık Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Tekirdağ.
18. Özel, C., 2007. Katkılı Betonların Reolojik Özelliklerinin Beton Deney Yöntemlerine Göre Belirlenmesi. Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
19. Phillipidis, T.P., Aggelis, D.G., 2005. Experimental Study of Wave Dispersion and Attenuation in Concrete, Ultrasonics, 43, (7), 584–595.
20. Pişkin, A., 2010. Polyester Polimer Beton Üretiminde Cam Tozu Kullanilabilirliğinin Araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya.
21. Sağlam, R.N., Açıkgenç Ulaş, M., Alyamaç, K.E., 2022. Hafif Beton Üretimi İçin Gerekli Olan Hafif Agrega Miktarının Yapay Sinir Ağı ile Tahmin Edilmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 34, (2), 889-898.
22. Soykan, O., Öcal, C., Özel, C., Eren, A., Çelik, O., 2015. Deprem Sonrası Betonarme Elemanların Polimer Beton ile Onarım ve Güçlendirilmesi. Uluslararası Burdur Deprem ve Çevre Sempozyumu, 227-232.
23. Subaşı, S., 2009. Genleştirilmiş Kil Agregası ile Taşıyıcı Hafif Beton Üretimi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 24, (3), 559-567.
24. Şimşek, B., Uygunoğlu, T., 2016. Multi-Response Optimization of Polymer Blended Concrete: A TOPSIS Based Taguchi Application. Construction and Building Materials, 117, 251-262.
25. Toprak, M.U., Mercan, C., 2021. Kütahya Bölgesi Kırmızı Topraklarından Hızlı Sinterleme Yöntemi ile Hafif Agrega Üretilmesi. Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 8, (2), 523-530.
26. Topsakal, A., 2013. Polimer Betonların Bazı Durabilite Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta.
27. Toufigh, V., Hosseinali, M., Shirkhorshidi, S.M., 2016. Experimental Study and Constitutive Modeling of Polymer Concrete’s Behavior in Compression. Construction and Building Materials, 112, 183-190.
28. TS EN 12390-5, 2019. Beton - Sertleşmiş Beton Deneyleri - Bölüm 5: Deney Numunelerinin Eğilme Dayanımının Tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
29. TS EN 12390-7, 2019. Beton - Sertleşmiş Beton Deneyleri - Bölüm 7: Sertleşmiş Betonun Yoğunluğunun Tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
30. TS EN 12504-4, 2012. Beton Deneyleri - Bölüm 4: Ultrasonik Atımlı Dalga Hızının Tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
31. TS EN 196-1, 2016. Çimento Deney Metotları - Bölüm 1: Dayanım Tayini. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
32. TS EN 206+A2, 2021. Beton - Özellik, Performans, İmalat ve Uygunluk. Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
33. Ünal, O., Uygunoğlu, T., 2007. Diyatomitin Hafif Beton Üretiminde Kullanılması. İMO Teknik Dergi, 18, (86), 4025 – 4034.
34. Viana, A.C.C., Moraes, P.D., Padaratz, I.J., 2022. Ultrasonic Wave Propagation in Thermally Treated Concrete up to 400 ⁰C. IBRACON Structures and Materials Journal, 15, (3), 1-16.
35. Yıldırım, K., Sümer, M., Subaşı S., 2018. Hafif Beton Üretiminde Granüle Edilmiş Fındık Kabuğunun Kullanılabilirliğinin Araştırılması. El-Cezerî Fen ve Mühendislik Dergisi, 5, (2), 501-511.
36. Yolcu, C., Girgin, Z.C., 2017. Dünyada Yapay Hafıf Agregalı Yapısal Beton Uygulamaları ve Doğal Pomza Agreganın Kullanılabilirliği. Aurum Mühendislik Sistemleri ve Mimarlık Dergisi, 1, (2), 59-67.
37. Zebari, Z., Bedirhanoğlu, İ., Aydın, E., 2016. Beton basınç Dayanımının Ultrasonik Ses Dalgası Yayılma Hızı ile Tahmin Edilmesi. Dicle Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Mühendislik Dergisi, 8, (1), 43-52.