Effect of Aspect Ratio of Basalt Fiber on the Mechanical Properties of Concrete

Abstract

One of the most used special types of concrete we can change with component types, component quantities and different additives that are included in performance characteristics is fiber concrete. In terms of fiber type, the properties of basalt fibers and their compatibility with concrete are better than most fiber types. In the study, the change of the mechanical properties of concrete containing basalt fiber at different aspect ratios according to non-fiber (control) concrete was investigated. For this purpose, samples of fiber and non-fiber concrete with a water/cement ratio of 0.46, 400 doses, 5% filler added were produced. Three different l/d ratios (160, 630 and 1263) of basalt fibers in 3 mm, 12 mm and 24 mm lengths were added to the concrete in 0.025%, 0.05, 0.10, 0.15 and 0.20 in five different volumes. For compressive strength of basalt fiber concretes, the use of higher ratio of 0.05% by volume, which is independent of l/d ratio, gave negative results and almost all groups have increased resistance values for bending tensile strength. As a result, 3 mm (l/d: 160) fibers, which give good results in terms of mechanical properties, should be used.

Keywords

• basalt fiber,fiber concrete,mechanical properties

Farklı Görünüm Oranlı Bazalt Liflerin Betonun Mekanik Özelliklerine Etkisi

Abstract

Performans özelliklerini içerdiği bileşen türü, bileşen miktarları ve farklı katkılarla değiştirebildiğimiz betonun en fazla kullanılan özel halinden biri de lifli betonlardır. Lif türü açısından bazalt liflerin özellikleri ve betona uyumu çoğu lif türüne göre daha iyidir. Çalışmada lifsiz kontrol betonlarına göre farklı görünüm oranlarında bazalt lif içeren betonların mekanik özelliklerinin değişimi araştırılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, su/çimento oranı 0.46 olan, 400 dozlu, %5 filler katkılı lifli ve lifsiz beton numuneler üretilmiştir. 3mm, 12 mm ve 24 mm uzunluğunda üç farklı l/d oranlı (160, 630 ve 1263) bazalt lifler beş farklı hacimsel oranda %0.025, 0.05, 0.10, 0.15 ve 0.20 betona eklenmiştir. Bazalt lifli betonların basınç dayanımı için l/d oranından bağımsız olmak üzere genelde hacimce %0.05 oranından yüksek oranların kullanılması olumsuz sonuçlar vermiş, eğilmede çekme dayanımı için ise hemen hemen tüm grupların dayanım değerleri artmıştır. Çalışmadan çıkan bir diğer sonuçta mekanik özellikler açısından genel itibari ile iyi sonuçlar veren 3 mm (l/d:160)’lik liflerin kullanılması gerektiğidir.

Keywords

• bazalt lif,lifli beton,mekanik özellikler

References

1. Afroz M, Patnaikuni I, Venkatesan S, 2017, Chemical durability and performance of modified basalt fiber in concrete medium, Construction and Building Materials 154, 191–203
2. Arslan ME, 2017, Bazalt liflerin geleneksel betonların mekanik özelikleri ve kırılma enerjilerine etkilerinin incelenmesi, Pamukkale Univ Muh Bilim Derg. 23(3)
3. Aruntaş HY, Dayı M, Tekin İ, Birgül R, Şimşek O, 2007, Kendiliğinden Yerleşen Beton Özelliklerine Atık Mermer Tozunun Etkisi, Kimyasal katkı maddeleri, 2. yapı kimyasalları sempozyum ve sergisi, 12-13 Nisan 2007, Ankara, 174-180
4. Baradan ve ark., 2012, Beton. D.E.Ü. Müh. Fak. Yayınları.
5. Borhan MT, 2012, Properties of glass concrete reinforced with short basalt fibre. Materials and Design, 42:265-271,.
6. Branston J, Das S, Sara YK, Taylor C, 2016, Mechanical behaviour of basalt fibre reinforced concrete, Construction and Building Materials, Volume 124, 15 October 2016, Pages 878-886
7. Chaohua J, Ke F, Fei W, Da C, 2014, Experimental study on the mechanical properties and microstructure of chopped basalt fibre reinforced concrete, Materials and Design 58, 187–193
8. Çevik N, 2014, Bazalt Elyafların Beton Yollarda Kullanılabilirliği, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Dong JF, Wang QY, Guan ZW, 2017, Material properties of basalt fibre reinforced concrete made with recycled earthquake waste, Construction and Building Materials 130, 241–251.

9. Erdoğan G, 2014, Bazalt Lif Katkılı betonların mekanik ve geçirimlilik özelliklerinin araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü.
10. Fiore V, Scalici T, Di Bella G, Valenza A, 2015, A review on basalt fibre and its composites, Composites Part B 74.
11. Girgin ZC, Yıldırım MT, 2016, Usability of basalt fibres in fibre reinforced cement composite, Materials and Structures, 2016, 49:3309–3319.
12. High C, Seliem HM, El-Safty A, Rizkalla SH, 2015, Use of basalt fibers for concrete structures, Construction and Building Materials 96, 37–46.
13. Jiang C, Fan K, Wu F, Da C, 2014, Experimental study on the mechanical properties and microstructure of chopped basalt fibre reinforced concrete, Materials & Design, Volume 58, June 2014, Pages 187-193.
14. Kabay N, 2014, Abrasion resistance and fracture energy of concretes with basalt fiber, Construction and Building Materials, Volume 50, Pages 95-101.
15. Kızılkanat AB, Kabay N, Akyüncü V, Erdoğan G, 2014, Basalt Fibers and Mechanical Properties of Basalt Fiber Reinforced concrete, Journal of Engineering and Natural Sciences Mühendislik ve Fen Bilimleri Dergisi, 32, 444-452.
16. Mindess S, Young JF, Darwin D, 2003, Concrete, Prentice Hill, New Jersey.
17. Nili, M, Afroughsabet, V, 2010, The effects of silica fume and polypropylene fibers on the impact resistance and mechanical properties of concrete, Construction and Building Materials, Vol.24, No.6, pp. 927-933.
18. Oltulu M, Şahin R, Amil PA, 2007, Effect of polypropylene fibers on shrinkage and fire resistance of high strength concrete at later age, TÇMB 3rd International Symposium, Sustainability in Cement and Concrete, 21-23 May 2007, İstanbul.
19. Osman Ü, Uygunoğlu T, ve Gençel O, 2007, Çelik Liflerin Beton Basinç Ve Eğilme Özeliklerine Etkisi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Vol.13, No.1, pp. 23-30.
20. Qin X, Shen A, Guo Y, Li Z, Lv Z,201 8, Characterization of asphalt mastics reinforced with basalt fibers, Construction and Building Materials 159, 508–516.
21. Ralegaonkar R, Gavali H, Aswath P, 2018, Abolmaali S., Application of chopped basalt fibers in reinforced mortar: A review, Construction and Building Materials 164, 589–602
22. Song PS, Hwang S, ve Sheu BC, 2005, Strength properties of nylon- and polypropylene-fiber-reinforced concretes, Cement and Concrete Research, Vol.35, No.8, pp. 1546-1550.
23. TS EN 933-1:2012(EN), Agregaların geometrik özellikleri için deneyler Bölüm 1: Tane büyüklüğü dağılımı tayini- Eleme metodu, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
24. TS EN-206, 2014,Beton- Bölüm 1: Özellik, performans, imalat ve uygunluk, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
25. TS EN 197-1, 2012, Çimento - Bölüm 1: Genel çimentolar - Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
26. TS EN 12390–3/AC, Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.