The Effect of Polyvinyl Alcohol (PVA) Fibers on Physical and Mechanical Properties of Cement Based Mortars

Öz

The most important issue encountered in reinforced concrete structures is the brittle of rebar. Structural elements with brittle behavior undergo rapid plastic deformation under loads. Since the energy absorbed by the brittle element is low, collapse occurs as soon as the structural element reaches its carrying capacity. It is therefore desirable that the structural elements have a certain ductile behavior. The various fibers added to the concrete can absorb more energy than the energy absorbed by this brittle behavior of concrete by providing some ductility to the concrete. The various fibers added to the concrete prevent the brittle fracture of the concrete by increasing ductility to the concrete. In this study, the effects of polyvinyl alcohol (PVA) on hardened mortar properties of different volume fractions were investigated. The fibers were added to the mortar in a ratio of 2%, 4%, 6% by volume, and fiber-free control sample was produced. Compressive and flexural strength, ultrasound velocity, water absorption, dynamic elasticity modulus and microstructure analysis were performed and compared. According to the results, with the increase of PVA fiber utilization rate in mortars, multiple cracking behavior was observed in the produced samples and the mortars exhibited a ductile behavior and the crack widths decreased.

Anahtar Kelimeler

• PVA fiber
• fiber volume
• cement-based mortar
• hardened mortar properties

Çimento Esaslı Harçların Fiziksel ve Mekanik Özeliklerinde Polivinil Alkol (PVA) Liflerin Etkisi

Öz

Betonarme yapılarda karşılaşılan en önemli sorun betonun gevrek davranışa sahip olmasıdır. Gevrek davranışa sahip yapı elemanları yükler altında hızlı bir şekilde plastik deformasyona uğrarlar. Gevrek davranışa sahip yapı elemanının sönümlediği enerji az olduğundan, yapı elemanı taşıma kapasitesine ulaştığı anda göçme meydana gelir. Bu nedenle yapı elemanlarının belirli bir oranda sünek davranışa sahip olmaları istenir. Betona katılan çeşitli lifler betona bir miktar süneklik kazandırarak betonun bu gevrek davranışınının sönümlediği enerjiden daha fazla enerji sönümleyebilmektedir. Bu çalışmada sunulan, farklı hacim fraksiyonlarında polivinil alkol (PVA) lifin, sertleşmiş harç özeliklerine etkileri araştırılmıştır. Lifler harç içine hacimce %2, %4, %6, oranlarında katılarak üretilmiş, bunun yanı sıra lif katkısız kontrol numunesi üretilmiştir. Üretilen numuneler sertleşmiş basınç ve eğilme dayanımı, ultrases hızı, su emme, dinamik elastisite modülü ve mikroyapı incelemesi testlerine tabi tutulmuş ve karşılaştırması yapılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, harçlarda PVA lif kullanım oranının artması çoklu çatlak davranışına sebep olarak sünek davranış sağlanmış bununla birlikte çatlak genişlikleri azalmıştır.

Anahtar Kelimeler

• PVA lif
• lif hacmi
• çimento esaslı harç
• sertleşmiş harç özelikleri

Kaynakça

1. [1] Özbay E., ‘Lif türünün betonların yük deplasman davranışı ve donma- çözülme direncine etkisi’, Çukurova Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Dergisi, 31, 1, (2016).
2. [2] Li, V.C., Ward, R., Hamza, A.M., ‘steel and synthetic fibers as shear reinforcement’, J. Materials, American Concrete Institute, 89(4): 499-508, (1992).
3. [3] Li, V.C., ‘engineered cementitious composites (ecc) – material, structural, and durability performance’, in Concrete Construction Engineering Handbook, Chapter 24, Ed. E. Nawy, published by CRC Press, (2008).
4. [4] Topçu İ.B., Demirel O.E., Uygunoğlu T., ‘polipropilen lif katkılı harçların fiziksel ve mekanik özelikleri’, Journal of Polytechnic, 20(1) : 91-96, (2017).
5. [5] Şahmaran M., Yücel H.E., Demirhan S., Arık M.T, Li V.C., ‘Combined effect of aggregate and mineral admixtures on tensile ductility of engineered cementitious composites’, ACI Materials Journal, 109(6): 627-638, (2012).
6. [6] Zhang Z., Zhang G., ‘matrix tailoring of engineered cementitious composites (ecc) with non-oil-coated, low tensile strength pva fiber’, School of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, PR China, Department of Civil Engineering, The University of Louisiana, Lafayette, LA, United States, Elsevier, (2018).
7. [7] Noushini A., Samali B., Vessalas K., ‘Effect of polyvinyl alcohol (PVA) fibre on dynamic and material properties of fibre reinforced concrete’, School of Civil and Environmental Engineering, University of Technology Sydney, Australia, Elsevier, (2013).
8. [8] Li V.C., Fischer G., ‘Effect of matrix ductility on deformation behavior of steel-reinforced ECC flexural members under reversed cyclic loading conditions’, Structural Journal, 99(6): 781-790, (2002).

9. [9] TS EN 197-1, ‘Çimento- Bölüm 1: Genel çimentolar bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri’, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2012).
10. [10] TS EN 12390-5, ‘Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 5: Deney numunelerinin eğilme dayanımının tayini’, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2010).
11. [11] TS EN 12390-3/AC, ‘Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayini’, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2012). [12] Arıcı E., ‘Betonunun çarpma mukavemeti üzerine basınç dayanımının etkisi’, ISSN 1302/6178 Journal of Technical (Online), 9(1), (2010).
12. [13] ASTM C 1760, ‘Standard test method for bulk electrical conductivity of hardened concrete’, West Conshohocken (PA): ASTM, (2012).
13. [14] Fanella D.A., Naaman A.E., ‘stress-strain properties of fiber reinforced concrete in compression’, ACI Journal, 82(4): 475 – 483, (1985).
14. [15] Ersoy H.Y., ‘Kompozit malzeme’, Literatür Yayınları, Mimarlık Dizisi, ISBN:975-8431-47-1, (2003).
15. [16] Atahan N.A., Pekmezci B.Y., Tuncel E.Y. ‘Behavior of PVA fiber-reinforced cementitious composites under static and ımpact flexural effects’, Journal of Materials in Civil Engineering, 25(10): 1438-1445, (2013).
16. [17] Hannachi, S., Guetteche, M.N., ‘Application of the combined method for evaluating the compressive strength of concrete on site’, Open Journal of Civil Engineering, 2(1), (2012).
17. [18] Erdoğan T.Y., ‘Beton’, ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayın ve İletişim Şti, Ankara, Mayıs, ss. 130-160, (2003).
18. [19] Uygunoğlu T., Topçu İ.B., Şimşek B., Çınar E., ‘kendiliğinden yerleşen harçların elektriksel özdirenci üzerine mineral katkıların etkisi’, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 22(2): 986-992 (2018).
19. [20] Uygunoğlu T., Topçu İ.B., Şimşek B.,’ Influence of steel-fiber type and content on electrical resistivity of old-concrete’, Techno-Press, ISSN: 1598-8198 (Print), 1598-818X (Online), 21(1): 1-9, (2018).