The Effect of The Use of Polypropylene Fiber and Gypsum in High Volume Cement Contained Composites on Engineering Properties

Abstract

In this study, the effects of mortars produced with the use of polypropylene fiber and gypsum on the compressive and flexural strength, apparent porosity and water absorption capacity, and drying shrinkage behavior were investigated. In this context an alternative method was considered for expanding cements not produced in Turkey and gypsum was included in the total volume. The water / binder value was kept constant at 0.25 in all mortar mixes. In order to improve the strength properties and drying shrinkage behavior, 1.5% and 3.0% of the total volume of polypropylene fiber was added to the mortar mixes. It is known that the use of fiber negatively affects the workability of mortar mixes. For this reason, more water has to be added to the fiber-free mixture in order to achieve constant spreading values in fiber-containing mixtures. However, the amount of water was kept constant in mortar mixes with and without fiber in order to prevent loss of strength. For the workability of composites, self-compacting feature was taken as a basis and in this context, a high rate of water reducing admixture was used as 2.5%. 1, 7 and 28 days compressive and bending strength, 28 days apparent porosity and water absorption, 90 days drying shrinkage values of the produced mortar mixtures were determined. According to the results, the need for water reducing additives has increased with the use of fiber to achieve the desired spreading value.

Keywords

• Gypsum
• Drying shrinkage
• Mechanical properties
• Polypropylene fiber

Yüksek Hacimli Çimento İçerikli Kompozitlerde Polipropilen Lif ve Alçıtaşı Kullanımının Mühendislik Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, polipropilen lif ve alçıtaşı kullanımı ile üretilen harçların basınç ve eğilme dayanımına, porozite ve su emme kapasitesine, kuruma büzülmesi davranışına etkisi incelenmiştir. Bu bağlamda Türkiye’de üretilmeyen genleşen çimento için alternatif bir yöntem düşünülmüş ve alçıtaşı toplam hacime dahil edilmiştir. Bu yüzden alçıtaşı ilavesi ile agrega miktarı azalmıştır. Agrega olarak silis kumu (doğal agrega) ile lif içeren ve içermeyen olmak üzere 9 tip harç karışımları üretilmiştir. Tüm harç karışımlarında su/bağlayıcı değeri 0,25 olarak sabit tutulmuştur. Dayanım özellikleri ve kuruma büzülmesi davranışlarını geliştirmek amacı ile harç karışımlarına toplam hacmin %1,5 ve %3,0 oranlarında polipropilen lif eklenmiştir. Lif kullanımının harç karışımlarının işlenebilirliğini olumsuz etkilediği bilinmektedir. Bu nedenle lif içeren karışımlarda sabit yayılma değerlerini elde etmek için lif içermeyen karışıma kıyasla daha fazla su ilave edilmesi gerekmektedir. Ancak dayanım azalmasını engellemek amacıyla lif içeren ve içermeyen harç karışımlarında su miktarları sabit tutulmuştur. Kompozitlerin işlenebilirliği için kendiliğinden yerleşme özelliği esas alınmış ve bu kapsamda yüksek oranda su azaltıcı katkı oranı %2,5 olarak kullanılmıştır. Üretilen harç karışımlarının 1, 7 ve 28 günlük basınç ve eğilme dayanımları, 28 günlük porozite ve su emme miktarları, 90 günlük kuruma büzülmesi değerleri belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre lif kullanımı ile istenilen yayılma değerini sağlamak için su azaltıcı katkı gereksinimi artmıştır. Ayrıca dayanım, porozite, su emme ve kuruma büzülmesi değerlerinde ciddi derecelerde iyileşme meydana gelmemiştir.

Keywords

• Alçıtaşı
• Kuruma Büzülmesi
• Mekanik özellikler
• Polipropilen lif

References

1. [1] A. A. M. Elsunousı, “Mısurata’da hava kalitesinin zamansal ve mekansal değişimi,” Yüksek Lisans tezi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kastamonu Üniversitesi, Kastamonu, Türkiye, 2020.
2. [2] C. Kilicoglu, M. Cetin, B. Aricak, and H. Sevik, “Site selection by using the multi-criteria technique a case study of Bafra, Turkey,” Environmental Monitoring and Assessment., vol. 192, no. 9, ss. 1-12, 2020.
3. [3] M. Aktürk, “Poli̇propilen lif takviyeli kendiliğinden yerleşen betonların performans özelliklerinin araştırılması, ” Yüksek Lisans tezi, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye, 2007.
4. [4] Ç. Yalçınkaya, “Mineral katkılı kendiliğinden yerleşen lifli betonun mekanik, durabilite ve mikroyapı özelliklerinin incelenmesi,” Yüksek Lisans tezi, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Dokuz Eylül Üniversitesi, İzmir, Türkiye, 2009.
5. [5] K. Nakarai, N. H. May, Y. Kubori, T. Matsuyama, H. Kawakane, and S. Tani, “Air permeability coefficients of expansive concrete confined by rebars, ” in Innovation for Sustainable Infrastructure, Singapore: Springer, 2020, pp. 561-566.
6. [6] W. Saengsoy, R. Chatchawan, and S. Tangtermsirikul, “Compressive strength, free expansion and shrinkage of expansive concrete containing fly ash,” Sixth International Conference on Durability of Concrete Structures, 2019, pp. 120-126.
7. [7] T. B. T. Nguyen, R. Chatchawan, W. Saengsoy, S. Tangtermsirikul, T. Sugiyama, “Influences of different types of fly ash and confinement on performances of expansive mortars and concretes, ” Construction and Building Materials, vol. 209, pp. 176-186, 2019.
8. [8] J. L. García Calvo, F. Pedrosa, P. Carballosa, and D. Revuelta, “Evaluation of the sealing effectiveness of expansive cement grouts through a novel water penetration test,” Construction and Building Materials, vol. 251, pp. 118974, 2020.

9. [9] P. Carballosa, J. L. García Calvo, and D. Revuelta, “Influence of expansive calcium sulfoaluminate agent dosage on properties and microstructure of expansive self-compacting concretes,” Cement and Concrete Composites, vol. 107, pp. 103464,2020.
10. [10] E. Karakulak, “Uçucu kül ve kablo atıklarının çimento harcı üretiminde kullanılması,” Yüksek Lisans tezi, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Balıkesir Üniversitesi, Balıkesir, 2019.
11. [11] İ. Akan, “Çanakkale-Ayvacık bölgesinde bulunan volkanik tüfün katkılı çimento üretiminde kullanılabilirliğinin incelenmesi,” Yüksek Lisans tezi, Maden Mühendisliği Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya, 2019. [12] O. Y. Bayraktar, G. Saglam Citoglu, C. M. Belgin, S. Cetin, and M. Cetin, “Investigation of effect of brick dust and silica fume on the properties of portland cement mortar,” Fresenius Environmental Bulletin, vol. 28, no.11, pp. 7823-7832, 2019.
12. [13] O. Y. Bayraktar, G. Saglam Citoglu, C. M. Belgin, and M. Cetin, “Investigation of the mechanical properties of marble dust and silica fume substituted portland cement samples under high temperature effect,” Fresenius Environmental Bulletin, vol. 28, no. 5, pp. 3865-3875, 2019.
13. [14] G. Kaplan, A. Öztürk, ve A. B. Uğur Kaplan, “Çimento ve uçucu kül bünyesindeki ağır metallerin etkilerinin hidratasyon ve çevre sağlığı açısından incelenmesi,” Mühendislik Bilim ve Tasarım Dergisi, c. 8, s. 1, ss. 305–313, 2020.
14. [15] N. A. Farhan, M. N. Sheikh, and M. N. Hadi, “Investigation of engineering properties of normal and high strength fly ash based geopolymer and alkali-activated slag concrete compared to ordinary Portland cement concrete,” Construction and Building Materials, vol. 196, 26-42, 2019.
15. [16] C. Suksiripattanapong, K. Krosoongnern, J. Thumrongvut, P. Sukontasukkul, S. Horpibulsuk, and P. Chindaprasirt, “Properties of cellular lightweight high calcium bottom ash-portland cement geopolymer mortar, ” Case Studies in Construction Materials, vol. 12, pp. e00337, 2020.
16. [17] C. Narattha, and A. Chaipanich, “Effect of curing time on the hydration and material properties of cold-bonded high-calcium fly ash–Portland cement lightweight aggregate,” Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, pp. 1-10, 2020.
17. [18] B. Alişer, S. Yıldız, ve O. Keleştemur, “Cam lif takviyeli çimento harçlarının sülfat direncine mermer tozu ilavesinin etkisi,” Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 28, s. 2, ss. 175-183, 2016.
18. [19] G. Kaplan, and A. U. Öztürk, “Dimensional stability and microstructural properties of cements with different C3A contents,” INAE Letters, vol. 4, no. 1, pp. 15–26, 2019.
19. [20] O. Karahan, and C. D. Atiş, “The durability properties of polypropylene fiber reinforced fly ash concrete,” Materials & Design, vol. 32, no. 2, pp. 1044–1049, 2011.
20. [21] H. A. Toutanji, “Properties of polypropylene fiber reinforced silica fume expansive-cement concrete,” Construction and Building Materials, vol. 13, no. 4, pp. 171-177, 1999.
21. [22] G. A. Rao “Long-term drying shrinkage of mortar—influence of silica fume and size of fine aggregate,” Cement and Concrete Research, vol. 31, no.2, pp. 171-175, 2001.
22. [23] M. G. Altun, “Geri kazanılmış agrega ( GKA ) ile üretilen betonların mekanik özelliklerinin lif kullanılarak iyileştirilmesi, ” Yüksek Lisans tezi, İnşaat Mühendisliği Anabilim Dalı, Fen Bilimleri Enstitüsü, Atatürk Üniversitesi, Erzurum, Türkiye, 2014.
23. [24] W. C. Tang, and T. Y. Lo, “Mechanical and fracture properties of normal-and high-strength concretes with fly ash after exposure to high temperatures,” Magazine of Concrete Research, vol. 61, no. 5, pp. 323–330, 2009.
24. [25] O. Y. Bayraktar, “The possibility of fly ash and blast furnace slag disposal by using these environmental wastes as substitutes in portland cement,” Environmental Monitoring and Assessment, vol. 191, no. 9, pp. 1-12, 2019.
25. [26] H. Ö. Öz, “Atık Cam Tozu ve Yüksek Fırın Cürufunun İçeren Kendiliğinden Yerleşen Harçların Taze, Mekanik ve Durabilite Özellikleri,” Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 20, s. 4, ss. 9-22, 2017. [27] H. Binici, M. Eken, and O. Aksoğan, “Cüruf, uçucu kül, silis kumu ve pomza esaslı geopolimerlerin fiziksel, mekanik ve radyasyon geçirgenlik özellikleri,” Yapı Teknolojileri Elektronik Dergisi, c. 8, s. 1, ss. 12-25, 2012.
26. [28] J. X. Lu, Z. Duan, C. S. Poon, and Z. H. Duan, “Fresh properties of cement pastes or mortars incorporating waste glass powder and cullet, ” Construction and Building Materials, vol. 131, pp. 793-799, 2017.
27. [29] H. Ez Zaki, B. El Gharbi, and A. Diouri, “Development of eco-friendly mortars incorporating glass and shell powders, ” Construction and Building Materials, vol. 159, pp. 198-204, 2018.
28. [30] M. M. Younes, H. A. Abdel Rahman, and M. M. Khattab, “Utilization of rice husk ash and waste glass in the production of ternary blended cement mortar composites,” Journal of Building Engineering, vol. 20, pp. 42-50, 2018.
29. [31] J. X. Lu, and C. S. Poon, “Use of waste glass in alkali activated cement mortar,” Construction and Building Materials, vol. 160, pp. 399-407, 2018.