Investigation of the effects of quartz and talc fillers on mechanical properties of engineered stones with different resin/filler ratios

Öz

In this study, mechanical properties of engineering stones were investigated using different ratios and types of powder filler and resin. Accordingly, quartz mineral with high hardness value consisting of silicon dioxide was used as the main component. The spaces between the coarse quartz grains were filled with fine quartz and talc powders. Polymer resin was used as a matrix to bind the mineral particles in the system. As a result of the void test, it was determined that the amount of resin and filler in the mixture was 43% by volume to fill grains with a size of 212-500 µm. Quartz and talc filler amounts were determined as 52%, 53%, 54% and 55%. Surface morphology, flux resistance, apparent density and water absorption percentage of the samples were investigated. As the amount of filler and resin increased, it was observed from SEM images that the pores closed. In addition, the amount of water absorption decreased, bending strength and apparent density increased. Flux resistance was lower in samples using talc filler and water absorption percentage was higher than in experiments using quartz filler. It was observed that quartz filler filled the voids better than talc filler.

Anahtar Kelimeler

• Engineered stone
• Composite slab
• Mechanical properties
• Quartz
• Talc

Farklı reçine/dolgu oranlarına sahip mühendislik taşlarının mekanik özellikleri üzerine kuvars ve talk dolgularının etkilerinin araştırılması

Öz

Bu çalışmada, mühendislik taşlarının mekanik özellikleri farklı oranlarda ve türlerde toz dolgu ve reçine kullanılarak incelenmiştir. Buna göre ana bileşen olarak silisyum dioksitten oluşan yüksek sertlik değerine sahip kuvars minerali kullanılmıştır. İri kuvars taneleri arasındaki boşluklar ince kuvars ve talk tozları ile doldurulmuştur. Sistemdeki mineral parçacıklarını bağlamak için matris olarak polimer reçinesi kullanılmıştır. Boşluk testi sonucunda karışımdaki reçine ve dolgu miktarının 212-500 µm boyutundaki taneleri dolduracak hacimce %43 olduğu belirlenmiştir. Kuvars ve talk dolgu miktarları ise sırasıyla %52, %53, %54 ve %55 olarak belirlenmiştir. Numunelerin yüzey morfolojisi, akı direnci, görünür yoğunluğu ve su emme yüzdesi incelenmiştir. Dolgu ve reçine miktarı arttıkça SEM görüntülerinden gözeneklerin kapandığı görülmüştür. Ayrıca su emme miktarı azalmış, eğilme dayanımı ve görünür yoğunluk artmıştır. Talk dolgusu kullanılan numunelerde akı direnci daha düşük, su emme yüzdesi ise kuvars dolgusu kullanılan deneylere göre daha yüksek bulunmuştur. Kuvars dolgusunun talk dolgusuna göre boşlukları daha iyi doldurduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Mühendislik taşı
• Kompozit levha
• Mekanik özellikler
• Kuvars
• Talk

Kaynakça

1. [1] Arici, E., Ölmez, D., Özkan, M., Topçu, N., Çapraz, F., Deniz, G., Altinyay, A., 2019, Kuvars Yüzeylerde Mekanik Dayanım ve Yüzey Özelliklerinin İyileştirilmesi, AKU J. Sci. Eng. 19, 326-332.
2. [2] Naik, T.R., Singh, S.S., Kraus, R.N., Ramme B.W., 2001, American Concrete Institute SP-199, 163–184.
3. [3] Kaya, T., Karakurt, C., 2016, Uygulamadaki Beton Parke Taşlarinin Mühendislik Özelliklerinin İncelenmesi. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 4, 469-474.
4. [4] Santos, G.G., Crovace, M.C. and Zanotto, E.D., 2019, New engineered stones: Development and characterization of mineral-glass composites. Composites Part B: Engineering, 167, 556-565.
5. [5] Lam dos Santos, J.P., Rosa, L.G., Amaral, P.M., 2011. Temperature effects on mechanical behaviour of engineered stones. Construction and Building Material, 25, 171–174.
6. [6] Khater, H.M., Ezzat, M., 2018, Preparation and characterization of engineered stones based geopolymer composites, Journal of Building Engineering, 20, 493–500.
7. [7] Hamoush, S., Abu Lebdeh, T., Picornell, M., Amer, S., 2011, Development of sustainable engineered stone cladding for toughness, durability, and energy conservation, Construction and Building Materials 25, 4006–4016.
8. [8] Ferdous, W., Manalo, A., Aravinthan, T., Erp, G.V., 2016, Properties of epoxy polymer concrete matrix: effect of resin-to-filler ratio and determination of optimal mix for composite railway sleepers, Constr. Build. Mater., 124, 287-300.

9. [9] Lee, M.Y., Ko, C.H., Chang, F.C, Lo, S.L., Lin, J.D.i Shan, M.Y., 2018, Artificial stone slab production using waste glass, stone fragments and vacuum vibratory compaction, Cem. Concr. Compos., 30, 583–587.
10. [10] Peng, L., Qin, S., 2018, Mechanical behaviour and microstructure of an artificial stone slab prepared using a SiO2 waste crucible and quartz sand, Constr. Build. Mater., 171, pp. 273–280. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.03.141.
11. [11] Zhao, G. Wang, T. Wang, Q., 2012, Studies on wettability, mechanical and tribological properties of the polyurethane composites filled with talc, Appl. Surf. Sci., 258, 3557-3564.
12. [12] Heriyanto, F., Pahlevani, Sahajwalla, V., 2019, Effect of different waste filler and silane coupling agent on the mechanical properties of powder-resin composite, J. Clean. Prod., 224, 940-956.
13. [13] Demartini, T.J.C., Rodriguez, R.J.S., Silva, F.S., 2018, Physical and mechanical evaluation of artificial marble produced with dolomitic marble residue processed by diamond-plated bladed gang-saws, J. Mater. Res. Technol, 7, 308-313.
14. [14] Haddad, H., Kobaisi, M.A., 2013, Influence of moisture content on the thermal and mechanical properties and curing behavior of polymeric matrix and polymer concrete composite, Mater. Des., 49, 850-856.
15. [15] Lapcik, L,. Jindrova, P., Lapcikova, B., Tamblyn, R., Greenwood, R., Rowson, N., 2008, Effect of the talc filler content on the mechanical properties of polypropylene composites, J. Appl. Polym. Sci., 110, 2742-2747.
16. [16] TS EN Standards, TS EN 14617-2:2014, 2014, Agglomerated stone Test methods Part 2: Determination of flexural strength (bending), Ankara.
17. [17] TS EN Standards, TS EN 14617-1:2016, 2016, Agglomerated stone Test methods Part 1: Determination of apparent density and water absorption. Ankara.
18. [18] Alperen, A. N., Çelik, H., Bağcı, M., 2023, Sivaslı (Uşak) Yöresi Mermerlerinin Mühendislik Özelliklerinin Araştırılması. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 1293–1306.
19. [19] Özodabaş A. Yıldız B, Tayçu A., 2024, Mermer, Granit ve Kompozit Kuvars Mutfak Tezgâhlarının Teknik Özelliklerinin Karşılaştırılması. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 16, no.2, 813-831.
20. [20] Bozdağ, A., 2020, Doğal yapı taşlarının fiziko mekanik özellikleriyle böhme aşınma direncinin tahmini. 8(4), 1062–1071.
21. [21] Ribeiro S.F.G., Ruben C.S.R., 2017, Physical and Mechanical Characterization of Artificial Stone with Marble Calcite Waste and Epoxy Resin. Materials Research. 21.
22. [22] Sarıışık, G., Özkan E., Kundak E., Akdaş H., 2016, Classification of parameters affecting impact resistance of natural stones, Journal of Testing and Evaluation, 44, 1650-1660.
23. [23] Arıcı, E., Ölmez, D., Özkan, M., Topçu, N., Çapraz, F., Deniz, G., Altınyay, A., 2019. Kuvars yüzeylerde mekanik dayanım ve yüzey özelliklerinin iyileştirilmesi. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 19, 326–332.