Utforskning av fiberarmering i sjøvannsbasert betong med kalsinert mergel: Trefiberarmering mot polypropylenfiberarmering

Abstract

Hensikten med denne bacheloroppgaven er å utforske om det er mulig å bruke sjøvann og fiber av ulike type materialer i en betongblanding basert på kalsinert mergel. Det er valgt å se nærmere på fiber av trevirke og polypropylenfiber (PPF). Trefiberne ble fremstilt på labben og behandlet med en alkaliløsning for å øke matriksfikseringen av fiberne.

Metoden som blir brukt for svare på oppgavens hensikt er en analyse av flere ulike tester, som blant annet flyttest, bøyetest, trykktest og vannabsorpsjonstest. Flyttesten ble gjennomført med et rystebord og en kjegle. Bøyetesten ble gjennomført med en Universal Testing Machine (UTM), sammen med et Digital Image Correlation (DIC) system for analyserings formål. Trykktesten ble gjennomført ved å påføre trykk ved hjelp av UTM på to motstående sider av de halve betongemnene som ble igjen etter bøyetesten, og logging av den maksimale lasten som ble påført. Vannabsorpsjonstesten ble gjennomført ved først å dyppe betongemnene i voks på fire av seks sider. For deretter å plassere emnene med en hel side uten voks fem mm under vann, før vekten til betongemnene ble skrevet ned etter gitte tidsintervall.

Resultatene fra testingen vår tyder på at valget mellom sjøvann og ferskvann i betong vil påvirke betongens egenskaper i fersk tilstand. Flyttesten indikerer at betongen får en litt dårligere bearbeidbarhet når den er laget med sjøvann, samt en påvirkning av de mekaniske egenskapene ved en noe mindre bøyekapasitet. Bruddenergien viser at det er små forskjeller i kapasiteten ved bruken av sjøvann og ferskvann og tilsier at fibervalget har større betydning for betongen. Vannabsorpsjonstesten viser at betongen som inneholder sjøvann absorberer litt mindre vann enn den som er ferskvannsbasert. Resultatene fra testene viser oss at effekten ved bruk av trefiber kontra PPF er små, bortsett fra ved bruddenergien der det er store forskjeller til fordel for PPF. Resultatene våre viser at trefiber generelt gir litt større styrke, men et mindre duktilt bruddmønster sammenlignet med PPF.

Vår konklusjon er at sjøvann i betong kan fungere godt, og at forskjellene i resultatene mellom ferskvann og sjøvannsbasert betong er svært små. Vi kan også konkludere med at både PPF og trefiber gir gode resultater innenfor de ordinære rammene rundt bruken av betong. For fremtidig forskning foreslår vi at det blir sett nærmere på de senere effektene ved bruk av sjøvann, samt bruken av trefiber og PPF. Det kan også være aktuelt ved senere forskning og se på kloridinnholdet i sjøvannsbetongen, og de ulike effektene av bindemiddelprodukter på fibermaterialene.

The purpose of this bachelor’s thesis is to explore the usability of seawater-based concrete, as well as the usage of fibres made from different materials in a concrete mix, based on calcined marl and seawater. The fibre materials chosen were wooden and polypropylene fibres (PPF), where the wooden fibres were made in the lab and treated with an alkali solution to increase the matrix-fixation of the fibres.

The method for concluding on the research purpose is an analysis of a few different tests, including a flow table test, a 3-point bending test, a compressive strength test, as well as a water capillary action test. The flow table test was completed with a brass cone, as well as a flow table. The 3-point bending test was completed with a Universal Testing Machine (UTM), as well as a Digital Image Correlation (DIC) system for analysis purposes. The compressive strength test was completed applying a load from a UTM on two opposing faces of the broken halves from our 3-point bending test and recording the maximum force applied. The capillary action test was conducted through coating the dried concrete subjects with wax on four out of the six faces, and placing the subject with an untouched, unwaxed face five millimetres into a basket of water. Subsequently measuring the weight of water absorbed by the concrete subjects at certain given time intervals.

The results from our testing indicate that the choice between seawater and fresh water in use of concrete has an impact on the fresh state properties. Flow testing indicates a worse workability in the seawater-based concrete. Mechanical testing show an impact on the mechanical properties, in that the bending capacity is slightly worse for seawater-based concrete. The fracture energy indicates that there are few differences between the use of sea and fresh water and indicate that the choice of fibres are more important for the final properties of the concrete. The water absorption test show that the seawater absorbs slightly less water than the one based on fresh water. Our results show that the differences between the effects of wood-fibres and PPF has on the concrete is very small, apart from the fracture energy showing a large disparity in favour of the PPF. Our results show that the wooden fibres will give slightly higher general strengths, but a less ductile breakage pattern compared to the PPF.

Our conclusion is that seawater in concrete can work well, and that the difference in performance between freshwater- and seawater-based concrete is seemingly quite small. We also conclude that both PPF and wood-fibres give good results seen from the perspective of ordinary usage areas for concrete. We also make a recommendation for future research into the late-stage effects of both seawater usage, including the chloride content of seawater-based concrete. There is also a need for further research into the usage of wooden and polypropylene fibres, including the effects of different binder products on the new fibre materials, and their interactions.