BEVEZETÉS

A természetes szálas anyagok cementkompozitokban való felhasználásának technológiája iránt jelenleg nagy az érdeklődés. Természetes szálak az egész világon viszonylag nagy mennyiségben léteznek, és a legtöbb fejlődő országban természetes növényi szálakat állítanak elő. A természetes szálakat évezredek óta használják szervetlen anyagok megerősítésére. Ilyen például a szalma a téglákhoz, a sár és a rudak, a vakolat és a nád. Ebben az évszázadban más szálakat, például kókuszdiót, bambuszt, fa cellulózszálakat, gyapjút vagy forgácsot, fattyúszálakat, levélszálakat, mag- és gyümölcsszálakat használtak cement-homok alapú termékekben (Gram, 1983; Paramasivam et al., 1984; Sera et al., 1990; Duvaut et al., 2000; Brahmakumar et al., 2005; Asasutjarit et al., 2007; Ismail, 2007; Zain et al., 2010; Zain et al., 2011; Mulinari et al., 2011). A szálakat természetes vagy mesterséges szálakba sorolhatjuk, a természetes szálakat pedig tovább osztjuk különböző csoportokra (Fordos, 1989; Kelly-Yong et al., 2011; Feng et al., 2011). A természetes szálak betonban (cement-homok mátrixban) történő megerősítésként való felhasználását számos országban átfogóan vizsgálták (Rehsi, 1991; Atnaw et al., 2011) Az építőanyagok gyártásában felhasználható természetes szálerősítésű anyagok jelenleg elsősorban a kókusz-, bambusz-, nád-, henequen- és szizálszálakon alapuló anyagok (Dawood és Ramli, 2011; Hamid et al., 2011). A természetes szálak használatának fő okai, hogy bőségesen rendelkezésre állnak és viszonylag olcsók. A természetes szálas kompozitok állítólag olyan környezeti előnyökkel is rendelkeznek, mint a nem megújuló energia-/anyagforrásoktól való kisebb függőség, az alacsonyabb szennyezőanyag-kibocsátás, az üvegházhatású gázok alacsonyabb kibocsátása, a fokozott energia-visszanyerés és az összetevők biológiai lebonthatósága az élettartam végén (Joshi, 2003; Majeed, 2011; Hamzah et al., 2010). A természetes szálas betonból készült tetőlemezek gyártásának megfelelő módszerét gyorsan kidolgozták és elterjesztették Közép-Amerika, Afrika és Ázsia országaiban többek között a nagy-britanniai IT Building Materials Workshopon keresztül. A módszert, amely a cement- vagy betontermékek természetes szálakkal, például kókuszrosttal, szizálral és jutával történő megerősítését foglalja magában, legalább 28 országban alkalmazták. Amikor ezeket a szálakat a cementmátrixszal kombinálják, a szálakat kétféleképpen hasznosítják. Egyrészt a friss betonban lévő szálak lehetővé teszik a termék egyszerű formázását. Másrészt a szálak növelik az anyag szívósságát, így a termék ellenáll a kezelésnek és a szerkezeti terhelésnek.

A kókuszrostok a kókuszolaj feldolgozásakor keletkező mezőgazdasági hulladékok, amelyek nagy mennyiségben állnak rendelkezésre a világ trópusi régióiban, különösen Afrikában, Ázsiában és Amerikában. A kókuszrostot az építőiparban általában nem használják fel, hanem gyakran mezőgazdasági hulladékként lerakják. A fejlődő országok vidéki és városi lakossága számára egyaránt megfizethető lakhatási rendszer kialakítására való törekvés miatt azonban különböző, a hagyományos építőanyagköltségek csökkentésére összpontosító programokat terjesztettek elő. Az egyik legjelentősebb javaslat az alternatív, nem hagyományos helyi építőanyagok beszerzése, fejlesztése és felhasználása volt, beleértve egyes mezőgazdasági hulladékok és maradékanyagok felhasználásának lehetőségét a hagyományos építőanyagok részleges vagy teljes helyettesítésére. Azokban az országokban, ahol bőséges mezőgazdasági hulladékok kerülnek kibocsátásra, ezek a hulladékok potenciális anyagként vagy helyettesítő anyagként használhatók az építőiparban (Olanipekun et al., 2006; Nor et al., 2010). Az egyik ilyen alternatíva a kókuszrost, amelyet bőséges mennyiségben termelnek, potenciálisan használható helyettesítő durva adalékanyagként a betonban (Adeyemi, 1998, Zain et al., 2010). A gyárakban hatalmas mennyiségű kókuszrost-hulladék keletkezik. Az iparban jelenleg alkalmazott hulladékártalmatlanítási gyakorlat, az égetés általában ellenőrizetlen módon történik, és jelentősen hozzájárul a légköri szennyezéshez. Így e maradékok ártalmatlanítása a környezetvédelmi előírásoknak való megfeleléssel egyre költségesebbé válik. Ebben a helyzetben erőfeszítések történnek arra, hogy értéknövelt termékek kifejlesztésével javítsák e melléktermékek felhasználását. E hulladékok ártalmatlanításának egyik módja a kókuszrost konstruktív építőanyagként való felhasználása lenne. Az olajpálmahéj (OPS) a pálmamagot körülvevő kemény endokarpium.

A szálas betonanyagok megértése és alkalmazása terén még mindig kiterjedt kutatás és fejlesztés folyik szerte a világon. Ezek a tevékenységek többek között új, erősebb szálak, jobb szálerősítésű kompozitok és új helyettesítő anyagok kifejlesztésére irányulnak (Fordos, 1989). A kókuszrostokkal erősített poliészter kompozitok mechanikai tulajdonságait Mulinari et al. (2011) végezte el. Ebben a munkában a kókuszrostok lúgos kezeléssel történő kémiai módosítását határozták meg annak érdekében, hogy poliésztergyantában erősítőként használják őket. A mechanikai tulajdonságokat szakító- és fárasztóvizsgálatokkal értékelték. A törött próbatestek felületét megvizsgálták a törési mechanizmusok felmérése érdekében. A vizsgálati eredmények a kompozitok fáradási élettartamának csökkenését mutatták be nagyobb feszültség alkalmazása esetén, ami a nem megfelelő kötési határfelület miatt következett be.

Gunasekaran és Kumar (2008) a kókuszdióhéj betonban való felhasználásának lehetőségeit vizsgálta. Az eredmények azt mutatták, hogy a kókuszhéj-aggregátum vízfelvétele magas, mintegy 24%-os volt, de a nyomó- és ütőérték hasonló volt más könnyűszerkezetes aggregátumokéhoz. Megállapították, hogy a kókuszhéj-aggregátumot használó beton átlagos friss beton sűrűsége és 28 napos kocka nyomószilárdsága 1975 kg m-1 és 19,1 N mm-1 volt. Arra a következtetésre jutottak, hogy a zúzott kókuszhéj alkalmas, ha a hagyományos adalékanyagok helyettesítésére használják a könnyűbetongyártásban.

Olanipekun és társai (2006) korábbi tanulmánya kimutatta, hogy a kókuszhéj alkalmas a hagyományos adalékanyagok helyettesítésére a szerkezeti betongyártásban. Az eredmények 30%-os költségcsökkenést is jeleztek a kókuszhéjból előállított beton esetében. A szálas tetőfedő anyag gyártásában való felhasználásán kívül a kókuszrost betongyártásban való aggregátumként való felhasználásának másik lehetősége nem kapott komoly figyelmet. Adeyemi (1998) azonban egy keverési arányra (1:2:4) elvégezte a kókuszrost alkalmasságát akár a finom, akár a durva adalékanyag helyettesítésére a betongyártásban. Megvizsgálta, hogy a kókuszrostok alkalmasabbak voltak alacsony szilárdságot adó könnyű adalékanyagként, amikor a szokásos durva adalékanyag helyettesítésére használták a betongyártásban. A kókuszrost a kemény, köves endokarpium, de könnyű és természetes méretű. A szerves eredetű merev felületek miatt nem szennyeződnek és nem szivárognak ki, hogy mérgező anyagokat termeljenek, amint a betonmátrixban megkötődnek. Ezenkívül a kókuszrostok könnyebbek, mint a hagyományos durva adalékanyag, így a kapott beton könnyű lesz. Ezért a durva adalékanyag jó helyettesítőjeként használható az építőiparban szerkezeti beton előállításához.

Ez a tanulmány az aprított kókuszrost kompozitok betonban való felhasználásával kapcsolatos vizsgálat eredményeit ismertette, amelyet a hagyományos durva adalékanyag helyettesítésére végeztek. A sima beton fizikai és mechanikai tulajdonságait is összehasonlították a kókuszrost kompozit betonnal. A fő cél az volt, hogy ösztönözze e látszólag hulladéknak tűnő termékek építőanyagként való felhasználását az alacsony költségű lakásokban és ott, ahol a zúzott kő költséges a könnyűbeton előállításához. Azt is várták, hogy a kutatás azt a célt is szolgálja, hogy a lakásépítőket arra ösztönözze, hogy beruházzanak az ilyen olcsó anyagokat tartalmazó házépítésbe.

MATERIALS AND METHODS

Materials investigations
Kókuszrostok: A kókuszrostokat Sri Lankáról származó üzletből gyűjtötték. A gyárban történő olajkivonás után a kókuszdió gyümölcsének külső perifériájáról nyerték. A héjakat ezután megfelelően megmosták, majd öt napig környezeti hőmérsékleten levegőn szárították, és később az ASTM C330 (2009) szabvány szerint osztályozták. A rostokat éles ollóval vágták fel, 15 és 35 mm közötti hosszúságot tartva. Az aprított rostokat 5 órán át 80 °C-on kemencében szárítottuk, majd a hűtéshez exszikkátorokat használtunk. Az aprított szálakat a szálak hosszának, átmérőjének, vastagságának, természetes nedvességtartalmának, vízfelvevő képességének és sűrűségének meghatározására használták.

Az aggregátumok: A durva adalékanyagot zúzott gránit formájában vulkáni eredetű kőzetből gyűjtötték. A felhasznált szemcseméret 5 és 20 mm között változik. A beton keveréséhez finom adalékanyagként folyami homokot használtak az ASTM C33 (2006) szabvány szerint. Minden részecske átment az ASTM 4. számú 4,75 mm-es nyílású szitán, de a 230. számú, 63 μm-es nyílású szitán visszamaradt.

Cement és víz: A beton keveréséhez olyan típusú közönséges portlandcementet használtunk, amelynek tulajdonságai megfelelnek az ASTM I. típus követelményeinek, a vizet pedig a laboratóriumi állványról gyűjtöttük.

A próbatestek előkészítése: A beton különböző tulajdonságainak meghatározásához 100x100x100x100 mm méretű betonkockákat és 100x100x300 mm méretű prizmákat öntöttünk mind a sima, mind a kókuszrostokkal erősített beton esetében. A próbatestek öntéséhez a közönséges portlandcement, a folyami homok, a zúzott kő és a kókuszrost 1:2:3 tömegarányú keverékét használták. A víz/cement arány 0,4 volt a keverékhez. A víz/cement arányt a szálak minden különböző térfogatszázalékánál állandó értéken tartottuk. A beton gyors megkötéséhez a tömítőfagynak nevezett ragasztót is használták. 1 kg cementre 70 gramm tömítőmázat használtak. A próbatestek elkészítésekor először a homokot és a cementet megfelelően összekeverték a gépben, majd zúzott követ adtak hozzá. A szálerősítésű beton esetében a szálakat is hozzáadták a keverékhez, az úgynevezett premix módszerrel. Minden összetevőt megfelelően összekevertek a betonkeverő gép segítségével. A friss beton bedolgozhatóságát közvetlenül a beton végső összekeverése után a süllyedésvizsgálat segítségével vizsgálták. Az üregek elkerülése érdekében a tömörítéshez kalapácsot és vibrátort használtak. A kockákat és prizmákat úgy öntötték, hogy minden formát három rétegben töltöttek meg; minden réteget egy 16 mm átmérőjű acélrúddal 25 ütéssel tömörítettek, mielőtt a következő réteget kiöntötték, a prizmákhoz pedig vibrátort használtak. A sima és a kókuszrostos beton esetében 54, illetve 38 mm-es süllyedési értékeket értek el, ami magas és közepes bedolgozhatóságot jelent. Minden mintadarabot 24 órán át hagytak a formában, hogy környezeti hőmérsékleten szilárduljon meg. A próbatesteket kivették a formából, és átvitték őket egy edzőtartályba. A kikeményedési hőmérséklet 30 ± 2 °C volt. A betonkeverékeket és a próbatesteket az ASTM C330 (2009), ASTM C469 (1987) és BS 8110-1 szabványok előírásai szerint készítettük el.

Nyomószilárdsági vizsgálat: A kókuszrostokkal erősített beton nyomószilárdságának meghatározására kétféle univerzális vizsgálógépet használtak. Az Avery Denison vizsgálógépet az Egyesült Királyságban gyártják. Ennek a gépnek a terhelési sebessége 10-3000 kN min-1. A kísérleteket ezzel a géppel 136 KN min-1 terhelési sebességgel végezték. A gépet évente egyszer kalibrálni kell. A Dartec vizsgálógépet a kókuszrostokkal erősített beton nyomószilárdságának meghatározására is használták. Ez a gép automatikusan képes grafikonokat készíteni a terhelés és a távolság függvényében. Az adott grafikonból vagy adatokból egy adott mintáról feszültség-alakváltozás grafikon készíthető. A gép terhelhetősége 500 KN-ig terjed. A gép nyomási sebessége 0,00015 és 2,0 mm sec-1 között van. A kísérletet ezzel a géppel végeztük 0,00015 mm sec-1 nyomási sebességgel. A sima és a kókuszrost-erősítésű beton nyomószilárdsági vizsgálatát végeztük el, hogy megállapítsuk a törési teherbírást, a nyomószilárdságot, a repedések számát, hosszát és szélességét, és végül megfigyeljük a feszültség-nyúlás összefüggést. A statikus terheléses vizsgálatot DARTEC vizsgálógép segítségével végezték. A kísérleti nyomószilárdsági vizsgálatot a laboratóriumban végeztük az 1. ábrán látható módon.

Pásztázó elektronmikroszkóp (SEM): A pásztázó elektronmikroszkópot a szálak vastagságának és keresztmetszetének meghatározására használták. A SEM képes nagy felbontású képeket készíteni a minta felületéről. A SEM sokkal kisebb jellemzőt képes felbontani, mint egy hagyományos mikroszkóp, közel 2 nanométerig. A klasszikus pásztázó elektronmikroszkópban (SEM) az elektronokat termionikusan bocsátják ki egy volfrám- vagy lantán-hexaborid (LaB6) katódból, és felgyorsítják őket egy anód felé; az elektronok kibocsátása történhet téremisszióval (FE) is. A volfrámot azért használják, mert az összes fém közül ennek a legmagasabb az olvadáspontja és a legalacsonyabb a gőznyomása, ami lehetővé teszi, hogy az elektronemisszióhoz felmelegítsék. Amikor az elsődleges elektronsugár kölcsönhatásba lép a mintával, az elektronok ismételt szórással és abszorpcióval veszítenek energiát a minta egy könnycsepp alakú térfogatán belül, amelyet kölcsönhatási térfogatnak neveznek, és amely kevesebb mint 100 nm-től körülbelül 5 μm-ig terjed a felületig.

Kókuszrost szakítószilárdsági vizsgálata: A kókuszrost szakítószilárdságának meghatározásához Hounsfield szakítóvizsgálati gépet használtak. Ez a gép automatikusan fel tudja rajzolni a terhelés és a nyúlás közötti grafikont. Az adott adatokból a kókuszrostok feszültségét és a tönkremenetelig tartó nyúlását lehet meghatározni. A kókuszrost szakítószilárdsági vizsgálatát a szál húzóterhelés alatti viselkedésének, a szálak húzóterhelés alatti maximális nyúlásának és a töréspontnak a vizsgálatára végezték el. A kísérlet elvégzéséhez Hounsfield-húzógépet használtak. A teljes vizsgálatot követően ez a gép automatikusan fel tudja rajzolni a terhelés és a nyúlás közötti grafikont. A terhelés-hosszabbítás adatokból a feszültség és a nyúlás értéke a következőképpen kapható:

A szálak négy különböző vastagságú szálát vizsgálták szakítószilárdsági vizsgálat során. A szálak 35 mm-es mérőhosszal (a szálak tiszta hossza egyik pofától a másikig) illeszkedtek a szakítóvizsgálati gép pofájába. Miután szorosan beillesztették az állkapocsba, a gép megkezdte a vizsgálatot. Általában az állkapcsok két ellentétes irányba húzzák a szálakat. A szál automatikusan megtörik, amikor eléri a végső tágulását. Azt a pontot, ahol a szál megtörik, töréspontnak nevezik. Minden vizsgálatot 15 mm min-1 sebességgel végeztünk.

EREDMÉNYEK ÉS MEGJEGYZÉS

A kókuszrost fizikai szerkezete: A pásztázó elektronmikroszkópos felvétel (SEM) segítségével megfigyelték a kókuszrostok fizikai kialakulását. A 2-4. ábra a szálak csomójának, a szálak felületének és a szálak keresztmetszetének SEM-fényképét mutatja.

A 2. ábráról megfigyelhető, hogy az általában nyitott szemmel nézett szál végül 5/6 egyes szálakkal kapcsolódik. A 2. ábra bal oldala mutatta az egyetlen szál, amely 5-6-szor kevesebb, mint a többi szál. Azt is megfigyelték, hogy a kókuszrost felülete nem sima, lásd a 3. ábrát. Így a mátrixban erős kötést tud kialakítani más anyagokkal. A szál keresztmetszetén világosan látható egy lyuk a közepén és kisebb lyukak körülötte, amint azt a 4. ábra szemlélteti. Nagyjából 15-20%-ra becsülhető a lyukak aránya a szál egyetlen keresztmetszetéhez képest.

A szálak fizikai tulajdonságai
A kókuszrost hossza: Általában a kókuszrostok természetes hossza 60-230 mm. A szálak hosszát acél vonalzóval mértük, és 30 darabot választottunk ki véletlenszerűen, hogy megállapítsuk a kókuszrost hosszát. Ebben a vizsgálatban azonban 15-35 mm-es aprított kókuszrostokat használtak.

A kókuszrost átmérője: A kókuszrost átmérőjének meghatározásához mikrométert használtak 0,01 mm-es pontossággal. Megfigyelték, hogy a kókuszrost átmérője 0,17-0,24 mm között van.

A kókuszrost természetes páratartalma: A természetes páratartalom meghatározásához a szálakat először 5 napig szabad levegőn szárították, majd ugyanezeket a szálakat 5 órán keresztül 80 °C-os kemencében szárították. A szálak súlyát elektronikus mérleggel mérték, 0,01 g pontossággal. Látható, hogy a nedvességszázalékok közel hasonlóak a különböző típusú kókuszrostminták esetében:

ahol, Wd és WO a levegőn szárított, illetve a sütőben szárított szálak súlya.

Vízfelvétel: A keverés és a mátrix szárítása során a szálak vizet vesznek fel és tágulnak. A szálak duzzadása legalább mikroszinten kiszorítja a betont. Majd a szárítási folyamat végén a szálak elveszítik a nedvességet, és csaknem eredeti méretükre zsugorodnak vissza, nagyon finom üregeket hagyva maguk körül. A W vízfelvevőképességet a 2. egyenlet segítségével számították ki:

ahol Wsw és Wad az ivóvízben áztatott szálak, illetve a levegőn szárított szálak tömege. A méréseket 24 órás időközönként végeztük 7 napon keresztül. A kísérleti adatok azt mutatták, hogy a kókuszrost maximális vízfelvétele az első 24 óra alatt következik be, majd 120 óráig növekszik.

120 óra elteltével a rost teljesen telített állapotba kerül, és ez az állapot az 5. ábrán látható módon folytatódik.

A rost sűrűsége: Az egyes szálak sűrűsége fontos paraméter. A kompozit anyagok esetében a szálak sűrűsége jelentős hatással van. A szálak tömege a kompozit mátrixban a szálak sűrűségétől függ. A kókuszrost sűrűségét (ρf) a 3. egyenlet segítségével számították ki, és megállapították, hogy a kókuszrost sűrűsége 1,18 g cm-3 . Megfigyelték, hogy a kókuszrostok sűrűsége a különböző típusú minták esetében közel azonos:

ahol mf a szál tömege, mw a víz tömege, mw* a víz tömege a szál térfogatával csökkentve, ρw a víz sűrűsége.

A szálak mechanikai tulajdonságai
Kókuszrost szakítószilárdsága: A kókuszrost szakítószilárdsági vizsgálatát a szálak szakítóterhelés alatti viselkedésének, a szálak szakítóterhelés alatti maximális nyúlásának és a töréspontnak a vizsgálatára végezték. A kísérlet elvégzéséhez Hounsfield-féle szakítóvizsgálati gépet használtak. Négy különböző vastagságú rostot vettünk, és a következő eredményeket kaptuk az 1. táblázatban említettek szerint. A 6. és 7. ábra a 2. és a 3. minta esetében a kókuszrostok terhelését mutatja a nyúlás függvényében.

A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a kókuszrost átlagos szilárdsága 19,51 MPa, a tönkremenetelig tartó nyúlás pedig 2,83. Azt is megfigyelték, hogy a szilárdság és a tönkremenetelig tartó nyúlás nem függ a szál területétől. Minél nagyobb a szálak területe, annál nagyobb a szilárdság és a tönkremenetelig tartó alakváltozás.

A szálak szilárdsága elsősorban a szálak és kémiai összetételétől, a szálak leválasztásának folyamatától, kezelésétől, páratartalomtól, hőmérséklettől stb. függ.

Sima és kókuszszálas beton sűrűsége: A sima és szálerősítésű beton tömegét és térfogatát a nyomószilárdsági vizsgálat előtt mértük. Az egyes betonok kapott tömegét elosztották a térfogatával, hogy megállapítsák a sűrűséget. A 8. ábra a sima és a szálerősítésű beton sűrűségét mutatja be. A kísérleti eredmény azt mutatja, hogy a sima beton sűrűsége nagyobb, mint a szálerősítésű betoné. Az is megfigyelhető, hogy a beton sűrűsége csökkent a kókuszrost térfogatának növekedésével a hagyományos durva adalékanyagban, amint azt a 8. ábra szemlélteti.

A sima és szálerősítésű beton tulajdonságainak összehasonlítása: A sima és a szálerősítésű betont statikus terheléssel terhelték, hogy megállapítsák a különböző szálmennyiségű beton végső nyomószilárdságát, amint azt a 9. ábra mutatja. A repedések számát, hosszát és szélességét is megmértük mind a sima, mind a kókuszrost-erősítésű beton esetében statikus terhelés után, amint az a 10-12. ábrán látható. A sima és a kókuszrost-erősítésű beton feszültség-nyúlás viszonyát és rugalmassági modulusát a 13. és 14. ábra mutatja.

A vizsgálati eredményekből (9. ábra) megfigyelhető volt, hogy a hagyományos betonban a szálak térfogatszázalékának növekedésével a nyomószilárdság fokozatosan csökkent. A 0% rosttérfogatú hagyományos beton esetében a legmagasabb nyomószilárdsági értékek a megadott keverési arány mellett. A repedések száma, hossza és szélessége tekintetében a szálerősítésű beton optimista viselkedést mutatott a sima betonhoz képest. Megállapítható, hogy a beton szilárdsága függ a durva adalékanyagok szilárdságától, merevségétől és sűrűségétől. Általában az alacsonyabb sűrűség alacsonyabb szilárdságot okoz. A kókuszrost térfogatszázalékának növekedése csökkenti a beton sűrűségét, és így kisebb nyomószilárdságot eredményez.

A repedések számát, hosszát és szélességét statikus terhelés után a sima és a kókuszrost-erősítésű beton esetében is megmérték. A repedéseket azokon a felületeken számolták, ahol több repedés alakult ki, mint más felületeken. A kísérleti adatok azt mutatták, hogy a szálerősítésű betonban kevesebb a repedés kialakulása. A többi szálerősítésű beton közül a hét százalékban szálerősített betonban alakult ki a legkevesebb repedés. A 10. ábra a repedések számát mutatja a sima beton és a különböző szálas beton térfogatszázalékok esetében. A sima betonon több repedés keletkezett, mint a szálerősítésű betonon. A betonban általában akkor keletkeznek repedések, amikor a feszültség eléri a beton szakadási modulusát. A repedés minden mintadarab esetében a betonkockák középső magassági pozíciójában jelent meg. A repedések függőleges mintázata arra utal, hogy hajlító repedésekről van szó. A vizsgálatból látható, hogy a repedéstávolság a sima betonban volt a legnagyobb, majd a különböző szál térfogatszázalékú vasbetonban.

A kísérleti adatok azt mutatták, hogy a szálerősítésű betonban a repedés hossza kisebb a sima betonhoz képest. A repedés hossza és a terhelés jellege között lineáris kapcsolat van. Minden beton esetében 80%-os statikus terhelésnél nagyobb repedéshosszúságot tapasztaltak. Ezért a kókuszrost-erősítésű beton korlátozhatja a repedés hosszát. A repedések hossza a sima és a szálerősítésű betonban a 11. ábrán látható.

A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a repedés szélessége a szálerősítésű betonban kisebb, mint a sima betonban, amint az a 12. ábrán látható. Az 1%-os szálmennyiségű beton esetében a repedés szélessége a terhelés csökkenésével csökken. Másrészt a repedés szélessége 3, 5 és 7%-ban eltérő eredményt mutatott statikus terhelés esetén. Egyértelműen kiderült, hogy a sima beton szélessége nagyobb, mint az összes száltartalomé. Tehát a kókuszrosttal erősített beton korlátozhatja a repedés szélességét. Ezenkívül a zárt térközű repedések vagy a repedések nagyobb száma kisebb repedésszélességet eredményez. Ennek a viselkedésnek az az oka, hogy a repedéstávolság a beton húzószilárdságának és kötésszilárdságának függvénye. A beton szakítószilárdságának csökkenése a szálak térfogatszázalékának hozzájárulása miatt, majd a beton kötésszilárdságának csökkenése miatt következik be. Amikor a különböző szál térfogatszázalék hozzáadódik a hagyományos betonhoz, így a repedés helyzete rövidebb távolságra van szükség ahhoz, hogy a szálban lévő húzóerő visszavezetődjön a környező betonba, ami rövidebb repedéstávolságot jelent.

A terhelés (KN) vs. távolság (mm) grafikon és adatok felhasználásával feszültség-alakváltozás görbét rajzoltunk mind a sima, mind a szálerősítésű betonra. A 13. ábra a sima és a szálerősítésű beton feszültség-alakváltozás viszonyát mutatja be.

Megfigyelhető, hogy a sima beton nagyobb feszültséget mutat, mint a szálas térfogatú kevert beton. Következésképpen a szálas térfogatú beton magasabb feszültségértékeket mutat, mint a hagyományos beton. Ez azt jelenti, hogy a szálas térfogatú beton nem tud nagyobb terhelésnek ellenállni, és a terhelés végső szakaszában rideg tönkremenetelt mutat.

A rugalmassági modulus a feszültség-alakváltozás görbe meredeksége. A feszültség-alakváltozás görbék gyakran nem egyenes vonalú ábrák, ami azt jelzi, hogy a modulus az alakváltozás mértékével változik. Ebben az esetben általában a kezdeti meredekséget használják modulusként. A rugalmassági modulust Youngs-modulnak is nevezik. A rugalmassági modulus meghatározásához a sima és a kókuszrost-erősítésű anyagok feszültség-alakváltozás görbéjének érintőjét számították ki. A 14. ábra a sima és a szálerősítésű beton rugalmassági modulusát mutatja be. A kísérleti eredmény azt is kimutatta, hogy a sima beton rugalmassági modulusa kissé magasabb, mint a szálerősítésű betoné. Figyelemre méltó, hogy a 3%-os szálmennyiségű beton nagyobb rugalmassági modulust mutatott, mint az 1%-os szálmennyiségű beton. Ez elsősorban a kókuszrostnak a kavicshoz képest kisebb merevségi értékének tulajdonítható. A beton E értékének alakulását befolyásolja a durva adalékanyag típusa, a cement típusa, a keverék w/c aránya, az adalékanyag mérete és az érlelési kor (Alexander és Milne, 1995). Általában a beton rugalmassági modulusa a durva adalékanyag merevségétől függ. Emellett az adalékanyagok és a paszta közötti határfelületi zóna és az alkotóanyagok rugalmas tulajdonságai is befolyásolják a beton rugalmassági modulusát.

Összefoglalás

Ez a tanulmány egy olyan kísérleti program eredményeit mutatta be, amely a különböző térfogatszázalékú kókuszrostot tartalmazó vasbeton fizikai és mechanikai tulajdonságait vizsgálta. A kísérleti eredmények és megfigyelések alapján a következő következtetések vonhatók le:

–

HÁTTÉRHITEL

Ezt a vizsgálatot a Nehézszerkezetek Laboratóriumban végezték, School of Computing, IT and Engineering, University of East London, UK és School of Civil Engineering, Linton University College, Legenda Education Group, Malaysia, és a szerzők köszönetet mondanak a laboratórium technikusainak, akik segítséget nyújtottak a minták gyártásában és vizsgálatában.