Properties of basalt fiber self-compacted concrete at elevated temperature

Abstract

Beton üretiminde kullanılan inorganik kökenli bazalt lifler, çatlakların gelişimini engelleyerek beton yapıların servis ömrünü arttırmaktadır. Diğer endüstriyel beton lifleri gibi bazalt lifler de geçirimliliği düşük ve uygun işlenilebilirliği olan yüksek mukavemetli, kendiliğinden yerleşen betonlarda (KYBLB) kullanılabilir. Bu özelliği nedeni ile bazalt lifli betonlar, binalarda, otoyollar ve köprüler gibi çeşitli altyapı projelerinde kullanılabilir. Bazalt lifin betonun mekanik özelliklerine etkilerinin araştırıldığı çalışmalar kapsamlı değildir; bu nedenle düşük ve normal mukavemetli betonun güçlendirilmesinde kendiliğinden yerleşen, bazalt lifli betonların araştırılmasının gerekli olduğu düşünülmektedir. Bu çalışmada, bazalt lifin KYBLB'nin taze betonun işlenilebilirliğine etkileri slump akış, J-halkası akış, V-hunisi akış ve L-kutusu yükseklik oranı açısından ölçülmüş, basınç dayanımı, yarma dayanımı, elastisite modülü, eğilme dayanımı ve Poisson oranı gibi sertleşmiş beton özellikleri 25oC ile 500°C arasındaki farklı sıcaklıklar için araştırılmıştır. Liflerin, betonun birim ağırlığını ve basınç dayanımını azalttığı, çekme dayanımını ise lif oranının arttırılmasıyla mikro çatlakları tutmasından dolayı iyileştirdiği sonucuna varılmıştır. Yüksek sıcaklık etkisine maruz kalan KYBLB'nun mukavemetinde genel olarak düşüş gözlenmiştir. Yapılan geçirimlilik deneylerinde; bazalt liflerin hacim oranının %0.25 olduğu durumda beton içindeki sıvının etkili olduğu görülmüştür. Hibrit prizma numunelerin hazırlanmasında; eski ve kötüleşmiş betonu temsilen düşük dayanımlı betondan altlık hazırlanmış, yeni onarılmış beton kısmını temsilen üst yüzeyine KYBLB ile kaplamama yapılmıştır. Bu iki kısım arasındaki arayüzeylerde delik açma, oluk açma ve kum püskürtme gibi farklı pürüzlendirme işlemleri uygulanmıştır. Numunelerde aderans dayanımının araştırılması için kayma testi gerçekleştirilmiş, yüksek sıcaklık etkisi dikkate alındığında oluk açma ve kum püskürtme işlemiyle yapılmış yüzey iyileştirmesinin diğerinden daha iyi olduğu gözlenmiştir. Bazalt lif hacim oranı ve çevre sıcaklığı gibi bağımsız değişkenlerin betonun mekanik özellikleri üzerine etkisi istatistiksel olarak değerlendirilmiş, analiz çıktısına göre, hibrit betonun kayma dayanımında; arayüzeyin pürüzlendirme tipinin lif oranından ve sıcaklık değişiminden daha önemli olduğu görülmüştür. Gen ifadesiyle programlamaya bağlı olarak, deneysel sonuçlar üzerinde modelleme yapılmış ve modellerden elde edilen tahmini ve deneysel değerler arasında korrelasyon katsayısı %90'dan yüksek bir dağılım eğrisi elde edilmiştir.

Inorganic based basalt fibers used in concrete production prevent the development of cracks and increase the service life of concrete structures. Similar to other industrial concrete fibers, basalt fibers can be utilized in self-compacted high strength concrete (SCHSC) with low permeability and proper workability. Because of this feature, basalt fiber concrete can be used in various infrastructure projects such as buildings, highways and bridges. Studies on the mechanical properties of this concrete are non-extensive; therefore, further investigations are considered essential in the direction of the efficiency of self-compacted basalt fiber concrete (SCBFC) in retrofitting deteriorated normal strength concrete. In this study, effect of basalt fiber on the workability of fresh SCHSC has been measured in terms of slump flow, J-ring flow, V-funnel flow and L-box height ratio. In addition, the properties of hardened concrete such as compressive strength, splitting strength, modulus of elasticity, flexural strength and Poisson ratio were investigated for different temperatures between 25oC – 500oC. It was concluded that the fibers decreased the unit weight and compressive strength of the concrete and improved the tensile strength due to the arresting of micro cracks with increasing fiber ratio. The strength of SCHSC which has been exposed to high temperature was observed decrease. Permeability tests have been conducted as well and revealed that 0.25% volume fraction of basalt fibers is optimum value to get reasonable penetration of liquid within this concrete material. In preparation of hybrid prism samples, it was prepared low strength concrete base to represent old and new repaired concrete and the surface of the new repaired concrete was coated with SCHSC. At the interfaces between these two parts, different roughening manners such as drilling (holes), grooving and sand blasting were applied. Slant shear test was performed to investigate adherence strength of samples. Surface improvement by grooving and sand blasting was found better than the other cases with taking into account the applied high temperatures. The effect of independent variables such as basalt fiber volume ratio and environmental temperature on the mechanical properties of concrete were evaluated statistically. According to the analysis outcomes, the roughening type of the interfacial surface was found more important than fiber ratio and temperature changes on slant shear of hybrid concrete. Finally, modelling has been performed with depending on gene expression programming for present experimental results and it is demonstrated that the predicted and experimental values from the models obtained are in suitable distribution on the agreement line with correlation coefficient more than 90%.