Determination of Optimum Fly Ash and PVA Fiber Ratio in Cement Mortars

Öz

The use of fly ash and fiber in cement mortar significantly improves the physical and mechanical properties of the mortar. In this study, the effect of using fly ash and fiber in cement mortars on the physical and mechanical properties of the mortar was investigated. For this purpose, 0, 10, 15 and 20% fly ash (UK) was used instead of cement in order to reduce the cement cost in the prepared cement mortar. In order to increase the mechanical properties of the fly ash added cement mortar, 1%, 2% and 3% Polyvinyl Alcohol (PVA) fiber was added to the mixture and the free shrinkage, flexural strength and compressive strengths of these mortar samples were examined. As a result of the experiments; It has been observed that as the UK substitution rates increase, the spread diameter increases, whereas in the mixtures with UK, the spread diameter decreases as the PVA rate increases. It was observed that the compressive strength decreases as the UK substitute increases in the mixtures, but when the PVA fiber is added in the mixtures with PVA fiber (UK15 coded mixture), the compressive strength increases by approximately 12%. However, it has been observed that as the addition of PVA fiber increases in UK substituted blends, the bending strength increases and the highest bending strength is in the mixture with 10% fly ash (UK10) substituted with 3% PVA fiber. On the other hand, it has been determined that there is a negative relationship between fiber ratio and length change in mortars and the length change decreases as the fiber amount increases.

Anahtar Kelimeler

• PVA Fiber
• Fly Ash
• Cement Mortar
• Compressive Strength

Çimento Harçlarında Optimum Uçucu Kül ve PVA Lif Oranının Belirlenmesi

Öz

Çimento harcında uçucu kül ve lif kullanımı, harçların fiziksel ve mekanik özelliklerini önemli ölçüde artırmaktadır. Bu çalışmada, çimento harçlarında uçucu kül ve lif kullanımının harcın fiziksel ve mekaniksel özelliklerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, hazırlanan çimento harcında çimento maliyetini azaltmak amacı ile çimento yerine ağırlıkça % 0, 10, 15 ve 20 oranlarında uçucu kül (UK) kullanılmıştır. Uçucu kül ilaveli çimento harcının mekanik özelliklerini arttırmak amacı ile karışıma hacimce %1, %2 ve %3 Polyvinyl Alcohol (PVA) lif ilave edilmiş ve üretilen bu harç numunelerinin serbest rötre, eğilme dayanımı ve basınç dayanımları incelenmiştir. Deneyler sonucunda; UK ikame oranları arttıkça yayılma çapının arttığı buna karşın UK’ lı karışımlarda PVA oranı artıkça yayılma çapının azaldığı görülmüştür. Karışımlarda UK ikame artıkça basınç dayanımının düştüğü buna karşın PVA lifli karışımlarda (UK15 kodlu karışıma) %1 PVA lif ilave edildiğinde basınç dayanımının yaklaşık %12 oranında arttığı görülmüştür. Bununla birlikte UK ikameli karışımlarda PVA lif ilavesi artıkça eğilme dayanımının arttığı ve en yüksek eğilme dayanımının %3 PVA lif katkılı %10 uçucu kül (UK10) ikameli karışımda olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, harçlarda lif oranı ile boy değişimi arasında negatif bir ilişki olduğu ve lif miktarı artıkça boy değişiminin de azaldığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• PVA Lif
• Uçucu Kül
• Çimento Harcı
• Basınç Dayanımı

Kaynakça

1. [1] Rossi,P., “Steel Fiber Reinforced Concrete An Example of French Research”, ACI, Materials Janural, 91 (3): 3, (1994)
2. [2] Barr, B.I.G., Liu, K. and Dowers, R.C.A., “Toughness Index measure the linergy absorption of fibre reinforced concrete”, Int. J. Cement Composities and Lightweight Concrete, 4(4): 221- 227, (1982)
3. [3] Falkner, H.,Huang, Z., Teutsch, M., “Comparative Study of Plain and Steel Fibre Reinforced Concrete Graund Slabs”, Concrete International, 45-51, USA, January, (1995) [4] Craig, R. J. Parr, J. A. Germain, E. Mosquera, V. Kamilares, S. “Fiber Reinforced Beams in Torsion”, ACI Journal, Nov-Dec (1986)
4. [5] Şimşek, S., ”Lifli Beton Üzerine Bir Çalışma’’, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Haziran, (1997)
5. [6] Korkut, F., Türkmenoğlu, Z.F. Taymuş, R.B., Güler, S., “Çelik ve Sentetik Liflerin Kendiliğinden Yerleşen Betonların Taze Ve Mekanik Özellikleri Üzerine Etkisi”, ÖHÜ Müh. Bilim. Derg. / OHU J. Eng. Sci., 6(2): 560-570, (2017)
6. [7] Folliard, K., Sutfin, D., Turner, R., Whitney, D.P., “Fiber in Continuously Reinforced Concrete Pavements”, Final Report Submitted to the Texas Department of Transportation, Report No.0-4392-2, (2006)
7. [8] Hasan, M.J., Afroz, M., And Mahmud, H.M.I., “An Experimental Investigation on Mechanical Behavior of Macro Synthetic Fiber Reinforced Concrete”, International Journal of Civil Environmental Engineering, 11: 121-12, (2011)
8. [9] Richardson, A.E., Coventry, K. Landless, S., “Synthetic and Steel Fibers in Concrete with Regard to Equal Toughness”, Structural Survey, 28, 355-369, (2010) [10] Roesler, J.R., Altoubat, S.A., Lange, D. A., Rieder, K.-A., Ulreich, G.R., “Effect of Synthetic Fibers on Structural Behavior of Concrete Slabs on Ground”, ACI Materials Journal, 103: 3-10, (2006)

9. [11] Uğurlu, A., ’’Çelik Lifle Güçlendirilmiş Beton’’, DSİ Teknik Bülteni, 80, Ankara, (1994)
10. [12] Kozanoğlu, C., ”İnşaatlarda Yeni Gelişen Bir Teknoloji: Polipropilen Elyaflı Betonarme Uygulaması”, Panel, (1991) .
11. [13] Kiper, M., ”Polipropilen Liflerin Özellikleri ve Kullanım Olanakları’’, TMMOB İnşaat Mühendisleri Odası İzmir Şubesi Haber Bülteni, 64, İzmir, (1996)
12. [14] Yehia, S., Douba, A., Abdullahi, O., Farrag, S., “Mechanical and Durability Evaluation of Fiber-Reinforced Self-Compacting Concrete”, Construction and Building Materials, 121, 120-133, (2016)
13. [15] Arslan, A., ‘’Çelik Lifli Betonların Özellikleri ve Kullanım Potansiyeli’’, Türkiye Mühendislik Haberleri, Sayı369, (1993)
14. [16] Akkaş, A., Alpaslan, L., Arabacı, S., Başyiğit, C., ”Polipropilen Lif Katkılı Yarı Hafif Betonların Basınç Dayanımı Özellikleri’’, Süleyman Demirel Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Yapı Eğitimi Bölümü, Ocak, Isparta, (2010)
15. [17] Yaprak H., Şimşek O., ve Öneş A., ‘’Cam ve Çelik Liflerin Bazı Beton Özelliklerine Etkisi’’, Politeknik Dergisi, 7(4): 353-358, (2004)
16. [18] Tokyay M., Ramyar, K., Turanlı L., ‘’Polipropilen ve Çelik Lifli Yüksek Dayanımlı Betonların Basınç ve Çekme Yükleri Altındaki Davranışları’’ 2. Ulusal Beton Kongresi: Yüksek Dayanımlı Beton, 303-320, İstanbul, Mayıs, (1991) [19] Şimşek, O., Erdal, M., Sancak, E., “Silis dumanının çelik lifli betonun eğilme dayanımına etkisi” GÜ. Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 20(2): 211-216, (2005)
17. [20] Çivici, F., Eren, İ., ”Çelik Lifli Betonun Direkt Çekme Dayanımının Ölçülmesi Üzerine Deneysel Bir Çalışma’’, Türkiye Mühendisli Haberleri, 434, Balıkesir, (2004)
18. [21] Güler, G., Güler, E., İpekoğlu, Ü., Mordoğan, H., ‘’ Uçucu Küllerin Özellikleri ve Kullanım Alanları’’, Türkiye 19. Uluslararası Madencilik Kongresi ve Fuarı, IMCET2Q05. İzmir, Türkiye, 09-12 Haziran (2005)
19. [22] Aruntaş, H.Y., "Uçucu Küllerin İnşaat Sektöründe Kullanım Potansiyeli "Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., 21(1): 193-203, (2006).
20. [23] Şimşek, O., “Beton ve Beton Teknolojisi”, Seçkin Yay. San. ve Tic. A.Ş, Ankara, 5. Baskı, 50,62, (2016)
21. [24] Şengül Ü., “Uçucu Kül ve Çevresel Etkileri”, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 7(1): 89-104, (2001)
22. [25] TS EN 197-1, “Çimento - Bölüm 1: Genel çimentolar - Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri”, Türk Standartları Enstitüsü, (2012)
23. [26] ASTM C618, “Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete”, American Society for Testing and Materials, (2019)
24. [27] TÇMB/AR-GE/Y03.03, “Türkiye'deki uçucu küllerin sınıflandırılması ve özellikleri”, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği AR-GE Enstitüsü, Ankara, (2009)
25. [28] TS EN 1015-3, “Kagir harcı- Deney metotları- Bölüm 3: Taze harç kıvamının tayini (yayılma tablası ile)”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2000)
26. [29] TS EN 12390-3, “Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayini”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2019)
27. [30] TS EN 12390-5, “Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 5: Deney numunelerinin eğilme dayanımının tayini”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2019)
28. [31] TS EN 12617-4 “Beton yapılar - Koruma ve tamir için mamul ve sistemler deney yöntemleri - Bölüm 4: Büzülme ve genleşmenin tayini”, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, (2013)