METAKAOLİN KATKILI LİFLİ KOMPOZİTLERİN ÇOKLU ÇATLAK DAVRANIŞINI GELİŞTİRMEYE YÖNELİK DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Abstract

Bu çalışmada farklı su/bağlayıcı (S/B) oranları ve süperakışkanlaştırıcı katkı miktarları kullanılarak polivinil alkol (PVA) lifi içeren metakaolin katkılı kompozitler üretilmiştir. Söz konusu kompozitlerin çoklu çatlak davranışını geliştirmeye yönelik olarak yapılan boşluk yapısı modifikasyonunun ve uygulanan kür koşullarının etkisi araştırılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında 36 adet 40x40x160 mm ayrıtlı örnek hazırlanmıştır. Lifli karışımların işlenebilirliğin eşitlenmesi için süperakışkanlaştırıcı miktarı S/B oranı artışı ile azalacak şekilde ayarlanmıştır. Hazırlanan örneklerin yarısına matrislerin boşluk yapısının modifikasyonu için sabit miktarda 3 mm çaplı plastik tane ilavesi yapılmıştır. Kür koşullarının etkisini incelemek amacıyla her seriden örneklerin yarısı suda (20±1oC) diğer yarısı da havada (laboratuvar ortamında 20±4oC, %60-70 bağıl nem) kür edilmiştir. 28 günlük kür süresi sonunda 3 noktalı eğilme deneyi gerçekleştirilmiştir. Kompozitlerin; ilk çatlak dayanımları, eğilme dayanımları, sehim kapasiteleri ve efektif eğilme tokluğu değerleri belirlenmiştir. Ayrıca eğilme sonrası çatlak analizi yapılmış ve örnekler iki parçaya ayrılıp eğilme deneyi sonrası basınç dayanımları da test edilmiştir. Kompozitlerin eğilme yükü etkisi altında gösterdikleri çoklu çatlak davranışları kıyaslamalı olarak incelenmiştir ve elde edilen bulgular değerlendirilmiştir.

Keywords

• Lif katkılı kompozitler, metakaolin, çoklu çatlak davranışı, polivinil alkol lifi, kür etkisi

EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS ON THE IMPROVEMENT OF MULTIPLE CRACKING BEHAVOUR OF FIBER REINFORCED METAKAOLIN-BASED COMPOSITES

Abstract

In this study, polyvinyl alcohol (PVA) fiber reinforced composites incorporating metakaolin have been prepared by using different water/binder (W/B) ratios and superplasticizer dosages. The role of pore structure modification and curing conditions have been investigated for the purpose of improving the multiple-cracking behaviour. 36 specimens with 40x40x40 mm dimensions have been prepared within the scope of the experimental study. Superplasticizer dosages have been adjusted with increasing W/B ratios for the purpose of equalizing the workability of fiber-reinforced mixtures. The pore structure of half of the specimens was modified by adding plastic particles with 3 mm diameter. For the purpose of investigating the effect of curing conditions, half of specimens of each series were cured in water (20±1oC) and others cured in air (laboratory conditions 20±4oC, 60-70% relative humidity). 3 point flexural loading tests were performed at the end of 28 days curing. The first cracking strength, flexural strength, deflection capacity and effective flexural toughness values have been determined. Additionally, crack analysis and compressive strength tests of two pieces for each specimen after flexure was also performed. Multiple-cracking behaviour of composites under flexural loading has been comparatively investigated and results were evaluated.

Keywords

• Fiber reinforced composites, metakaolin, multiple cracking behaviour, polyvinyl alcohol fiber, curing effect

References

1. [1] WANG, S., LI, V.C., "Polyvinyl Alcohol Fiber Reinforced Engineered Cementitious Composites: Material Design and Performances", Proceedings of Int. RILEM Workshop on HPFRCC in Structural Applications, Published by RILEM SARL, 65-73, Hawaii, 2005.
2. [2] LI, V.C., “On Engineered Cementitious Composites (ECC) - A Review of the Material and its Applications”, Advanced Concrete Technology, 1, 215–230, 2003.
3. [3] ZHOU, J., QIAN, S., BELTRAN, M.G.S., YE, G., VAN BREUGEL, K., LI, V.C., “Development of Engineered Cementitious Composites with Limestone Powder and Blast Furnace Slag”, Materials and Structures, 43, 803-814, 2010.
4. [4] ŞAHMARAN, M., LI, V.C., "Durability Properties of Micro-Cracked ECC Containing High Volumes Fly Ash", Cement and Concrete Research, 39, 1033-1043, 2009.
5. [5] YANG, E.H., LI, V.C., "Fiber-bridging Constitutive Law of Engineered Cementitious Composites", Advanced Concrete Technology, 6, 181-193, 2008.
6. [6] LI, V.C., MISHRA, D.K., WU, H.C., "Matrix Design for Pseudo Strain-Hardening Fiber Reinforced Cementitious Composites", Materials and Structures, 28, 586-595, 1995.
7. [7] LI, V.C., "Advances in ECC Research", ACI Special Publication on Concrete: Material Science to Applications, SP 206, 373-400, 2002.
8. [8] LI, V.C., "Can Concrete Be Bendable?", Journal of American Scientist, 100, 484-493, 2012.

9. [9] LI, V.C., KANDA, T., "Engineered Cementitious Composites for Structural Applications", Innovations Forum in ASCE J. Materials in Civil Engineering, 10, 66-69, 1998.
10. [10] KEOLEIAN, G., KENDALL, A., LEPECH, M., LI., V.C., "Guiding the Design and Application of New Materials for Enhancing Sustainability Performance: Framework and Infrastructure Application", Proceedings of Materials Research Society Symposium, 1-13, Cambridge University Press, 2006.
11. [11] ŞAHMARAN, M., LACHEMI, M., HOSSAIN, K.M.A., RANADE, R., LI, V.C., "Influence of Aggregate Type and Size on Ductility and Mechanical Properties of Engineered Cementitious Composites", ACI Materials Journal, 106, 308-316, 2009.
12. [12] TOSUN-FELEKOĞLU, K., FELEKOĞLU, B., RANADE, R., LEE, B.Y., LI, V.C., “The Role of Flaw Size and Fiber Distribution on Tensile Ductility of PVA-ECC”, Composites Part B: Engineering, 56, 536–545, 2014.
13. [13] CHOI, W.C., YUN, H.D., KANG, J.W., KIM, S.W., “Development of Recycled Strain-Hardening CementBased Composite (SHCC) For Sustainable Infrastructures”, Composites Part B: Engineering, 43, 627-635, 2012.
14. [14] LI, V.C., MAALEJ, M., "Toughening in Cement Based Composites, Part II: Fiber Reinforced Cementitious Composites", Cement and Concrete Composites, 18, 239-249, 1996.
15. [15] ÖZBAY, E., KARAHAN, O., LACHEMI, M., HOSSAIN, K.M.A., ATIŞ, C.D., “Investigation of Properties of Engineered Cementitious Composites Incorporating High Volumes of Fly Ash and Metakaolin”, ACI Materials Journal, 109, 565-572, 2012.
16. [16] BARADAN, B., İnşaat Mühendisleri için Malzeme Bilgisi, Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınları, İzmir, 2014.
17. [17] ATAHAN, H.N., PEKMEZCI, B.Y., TUNCEL, Y., “Behavior of PVA Fiber Reinforced Cementitious Composites under Static and Impact Flexural Effects”, Journal of Materials in Civil Engineering, 25, 1438-1445, 2013