Experimental Study on the Effects of Addition of Polypropylene Fibers on Mechanical Properties of High Strength and Normal Strength Concrete

Abstract

The use of thermoplastic polymers to improve characteristics of concrete has gained attraction over the last couple of decades. Polypropylene fiber is a type of thermoplastic that is considered to have added desirable properties to concrete. In this thesis, the effects of Polypropylene fiber on fresh and hardened properties of normal strength concrete, and high strength concrete were investigated. Different percentages of Polypropylene fiber were added by volume (0, 0.25, 0.50, 0.75, and 1.00 %) to normal strength and high strength concrete, water to cement ratio of 0.5 for normal strength concrete and 0.4 for high strength concrete. Slump and VeBe time tests were performed to analyze the physical properties of fresh concrete, while the effect of polypropylene fibers on the mechanical properties of hardened concrete was executed by performing compressive strength test, flexural and toughness test, splitting tensile strength test, drying shrinkage test, heat degradation test (100 °C, 200 °C), Schmidt hammer test, Ultrasonic Pulse Velocity test (Pundit), water absorption test, and water permeability test. The results show changes in mechanical properties of normal strength concrete and high strength concrete as the percentages of PPF increases. However, improvement in mechanical properties were identified after the analysis. Compressive strength of normal strength concrete decreased at 28 days while that of HSC increased as Splitting tensile strength for both concretes increased as percentage of polypropylene fiber increased at 28 days. There was increase in flexural strength and toughness in both normal and high strength concrete as polypropylene fiber percentage increases, except for 1.00 % which showed decrease. Less penetration depth was observed with the addition of fibers. Pundit test showed results of a good concrete quality with Polypropylene fiber before and after heat exposure. Decrease in compressive strength, splitting tensile strength, and ultrasonic pulse velocity was observed after 100 °C and 200 °C heat exposure. Keywords: Polypropylene Fibers (PPF), Normal Strength Concrete, High Strength Concrete, Mechanical Properties, Shrinkage, Water absorption, Permeability, Heat exposure.

ÖZ: Betonun özelliklerinde iyileştire yapmak amacı ile termoplastik polimerlerin kullanımı son yıllarda cazibe kazanmıştır. Polipropilen elyaf (PPE), betondaki belirgin özellikleri iyileştireceği düşünülen bir tür termoplastiktir. Bu tez çalışmasında polipropilen elyafın (PPE) kullanılması ile normal dayanımlı betonun (NDB) ve yüksek dayanımlı betonun (YDB) taze ve sertleştirilmiş özellikleri üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Farklı miktarlarda elyaf kullanılarak (%0, %0.25, %0.50, %0.75 ve %1.00) elde edilen betonlar iki farklı su/çimento oranı (0,4 ve 0,5) kullanılarak üretilmiştir. Taze betonun fiziksel özelliklerini analiz etmek için çökme ve VeBe zaman deneyleri yapılmıştır. Sertleşmiş betonun mekanik özelliklerini analiz etmek için ise basınç dayanımı deneyi, eğilme ve tokluk deneyi, basmada yarma dayanımı deneyi, kuruma büzülme deneyi, ısı bozunma deneyi (100°C, 200°C), Schmidt çekci deneyi, ultrasonik darbe hızı (UPV) deneyi (Pundit), su emme deneyi ve su geçirgenlik deneyi yapılmıştır. Sonuçlara bakıldığı zaman ise PPE'nin karışım miktarı arttıkça, NDB ve YDB'nin mekanik özelliklerinde değişiklikler görüldüğü faredilmektedir Deney sonuçlarının analizinden sonra mekanik özelliklerde iyileşme tespit edilmiştir. NDB'nun basınç dayanımı 28 günde azalırken, YDB'de artış görülmüştür. Diğer taraftan ise 28 gün sonra PPE'nin karışım miktarı arttıkça, hem NDB hem de YDB’nin basmada yarma dayanımının artmış olduğu gözlemlenmiştir. PPE miktarı arttıkça hem NDB hem de YDB'da eğilme dayanımı ve tokluk (%1.00 elyaf miktarı hariç) artmıştır. Elyafın betona katılması ile daha az su geçirgenliği de gözlemlenmiştir. Beton sıcaklığının 100°C ve 200°C’de olduğu durumda basınç dayanımı, basmda yarma dayanımı, tokluk ve UPV’de düşüş gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Polipropilen Elyaf (PPE), Normal Dayanımlı Beton, Yüksek Dayanımlı Beton, Mekanik Özellikler, Büzülme, Su Emme, Geçirgenlik, Yüksek Sıcaklık