Yüksek dayanımlı çimentolu harçlarda farklı boy ve hacimlerdeki polipropilen liflerin performansı

Abstract

Polipropilen lifler (PL); düşük yoğunlukları, ekonomik olmaları, kolay temin edilebilmeleri, kimyasal etkilere ve korozyona karşı dayanıklılıkları nedeniyle çimento esaslı kompozitlerde yaygın olarak kullanılan sentetik liflerdir. PL kullanımı, özellikle çatlak oluşumunun ve ilerlemesinin sınırlandırılması, gevrek kırılma davranışının iyileştirilmesi ve eğilme performansının artırılması açısından önemli avantajlar sağlamaktadır. Bununla birlikte, PL'lerin çimento esaslı kompozitlerin performansı üzerindeki etkileri lif boyu, hacimsel lif oranı, karışım özellikleri ve maruz kalınan çevresel koşullara bağlı olarak değişmektedir. Bu tez çalışmasında, farklı lif boyları ve hacimsel lif oranlarında PL kullanımının yüksek dayanımlı harçların taze, fiziksel, mekanik ve yüksek sıcaklık sonrası özellikleri üzerindeki etkileri deneysel olarak araştırılmıştır. Bu amaçla CEM I tipi Portland çimentosu, silis dumanı, nehir kumu ve süperakışkanlaştırıcı kullanılarak yüksek dayanımlı kontrol harcı üretilmiş; karışımlara 6, 12 ve 18 mm uzunluklarındaki PL'ler %0.3, %0.6 ve %0.9 hacimsel oranlarında ilave edilmiştir. Üretilen harçlarda işlenebilirlik, ultrases geçiş hızı (UPV), görünür porozite, su emme, eğilme ve basınç dayanımı özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca numuneler 200, 400 ve 600 °C sıcaklıklara maruz bırakılarak yüksek sıcaklık sonrası kütle kaybı, eğilme ve basınç dayanımları incelenmiş ve elde edilen deneysel veriler arasındaki ilişkiler istatistiksel analizlerle değerlendirilmiştir. Deney sonuçları, PL kullanımının yüksek dayanımlı harçların özellikleri üzerinde lif boyu ve hacimsel lif oranına bağlı olarak farklı etkiler oluşturduğunu göstermiştir. PL ilavesinin özellikle eğilme davranışını iyileştirdiği, buna karşılık lif boyu ve hacimsel lif oranının artmasının işlenebilirlik ve iç yapı özelliklerini olumsuz etkileyebildiği belirlenmiştir. Yüksek sıcaklık sonrası performansın ise lif boyu, hacimsel lif oranı ve sıcaklık seviyesine bağlı olarak önemli ölçüde değiştiği görülmüştür. Sonuç olarak, PL katkılı yüksek dayanımlı harçların tasarımında lif boyu ve hacimsel lif oranının birlikte değerlendirilmesinin önemli olduğu ortaya konulmuştur.

Polypropylene fibers (PFs) are synthetic fibers widely used in cement-based composites due to their low density, cost-effectiveness, easy availability, and resistance to chemical attack and corrosion. The use of PFs provides significant advantages, particularly in limiting crack initiation and propagation, improving brittle fracture behavior, and enhancing flexural performance. However, the effects of PFs on the performance of cement-based composites vary depending on fiber length, fiber volume fraction, mixture characteristics, and environmental exposure conditions. In this thesis, the effects of different PF lengths and volume fractions on the fresh, physical, mechanical, and post-high-temperature properties of high-strength mortars were experimentally investigated. For this purpose, a high-strength control mortar was produced using CEM I Portland cement, silica fume, river sand, and a superplasticizer. PFs with lengths of 6, 12, and 18 mm were incorporated into the mixtures at volume fractions of 0.3%, 0.6%, and 0.9%. The workability, ultrasonic pulse velocity (UPV), apparent porosity, water absorption, flexural strength, and compressive strength of the produced mortars were determined. In addition, the specimens were exposed to temperatures of 200, 400, and 600 °C, and their post-exposure mass loss, flexural strength, and compressive strength were evaluated. The relationships among the experimental results were also assessed through statistical analyses. The experimental results showed that the effects of PF incorporation on the properties of high-strength mortars varied depending on fiber length and volume fraction. PF incorporation particularly improved the flexural behavior, whereas increasing fiber length and volume fraction could adversely affect workability and internal structure characteristics. The post-high-temperature performance was also found to vary considerably depending on fiber length, fiber volume fraction, and exposure temperature. Overall, the findings demonstrated the importance of considering fiber length and volume fraction together in the design of PF-reinforced high-strength mortars.