The Effect of PVA Fibers and Nano-Particles on the Bonding Strength of Fiber Reinforced Concrete

Subject Areas : Analysis of Structure and Earthquake

hossein nematian jelodar ¹ , Ata Hojatkashani ² , Rahmat Madandoust ³ , abbas akbarpour nik ghalb rashti ⁴ , Seyed Azim Hosseini ⁵

1 - استادیار دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد چالوس، چالوس ، ایران
2 - Assistant Professor Department of Engineering South Tehran Branch Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 - 1- Visiting Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Khorramabad Branch, Islamic Azad University, Khorramabad, Iran2-Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
4 - South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
5 - Department of Civil Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

Received: 2023-08-12 Accepted : 2023-12-01 Published : 2024-02-28

Keywords: Fiber reinforced concrete, Bond strength, Nano-silica, Micro-silica, PVA fiber,

Abstract :

Repairing and Strengthening of concrete structures is of special importance and the mechanical properties of repair mortars and their compatibility with the base concrete are significant aspects in the field of repairing of damaged concrete structures. The bond strength parameter of materials is one of the important properties in the selection of repair mortars. In the current Experimental studies, the bond strength of 7 types of cement base mortars consisting Nano-Silica (NS), Micro-Silica (SF) and Polyvinyl Alcohol (PVA) fibers have been tested on base concrete according to ASTM C882 standard. The base concrete is made of fiber concrete with a target compressive strength of 45 MPa and consisting macrosynthetic fibers. The workability of fiber concrete was 120 mm, and the method of curing the samples was done as the wet method. The obtained results indicate that all 7 types of repair materials of this research were compatible with the base concrete and the sample with the combination of PVA fibers and Nano-Silica in cement-based mortars has increased the bond strength of the samples by 85% compared to the samples without fibers. The highest bond strength among the samples was related to cement based mortar containing PVA fibers and Nano-silica (PVA0.75NS6) with bond strength equal to 21.83 MPa.

References:

1-Nematian Jelodar H, Hojatkashani A, Madandoust R, Akbarpour A, Hosseini, SA. Experimental Study of Fiber Concrete Slab behavior Against High Electric Heat. International Journal of Advanced Structural Engineering. 2023; 13 (1): 607-619.
2-قدوسی، پ، تعمیر سازه‌های بتنی مصالح و روش‌ها، تهران، انتشارات شهر و سازه،1380 چاپ اول، 109.
3-Aggarwal P, Pratap singh R, Aggarwal Y. Use of nano-silica in cement based materials-Areview. Congent Engineering. 2015; 2(1): 1-11.
4-سازمان ملی استاندارد ایران، فناوری نانو - نانوذرات پودری و نانوکلوئیدهای مورد استفاده در مخلوط‌های سیمانی – ویژگی‌ها وروش‌های اندازه‌گیری، استاندارد ملی ایران 15509، چاپ اول، 1397، 27.
5-Zapata LE, Portela G, Suarez OM, Carrasquillo O. Rheological performance and compressive strength of superplasticized cementitious mixtures with micro/nano-sio additions. Construction and Building Materials. 2013; 41(5): 708-716.
6-Kim MO. Influence of polymer types on the mechanical properties of polymer-modified cement mortars. Journal of Applied Sciences. 2020; 10(3): 1-12.
7-Romualdi JP, Mandel JA. Tensile strength of concerete affected by uniformly distributed and closely spaced short lengths of wire reinfor cemet. In Journal proceeding. 1964; 61: 657-672.
8-Feldman D, Barbalata A. Synthetic polymers: technology, properties, applications, Springer Science and Business Media, London, Chapman & Hall. 1996, 361.
9-پاکروان، ح ر، جمشیدی، م، لطیفی، م، کامپوزیت سیمانی توانمند الیافی با شکل‌پذیری و جذب انرژی زیاد، اولین کنفرانس ملی فناوری‌های نوین بتن، دانشگاه گیلان، رشت، ایران، 31 اردیبهشت 1394، 1-8.
10-آرین منش، س، اصفهانی، م ر، سازگاری بین بتن اولیه و مصالح ترمیم در فرایند ترمیم بتن، مجله مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 43(1)، 1392، 1-13.
11-خاکسفیدی، س، قلعه نوی، م، ارزیابی اثر نوع بتن و قطر میلگرد بر مقاومت پیوستگی در سازه‌های بتن آرمه، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 8(1)، 1400، 367-387.
12-صدر ممتازی، ع، کهنی خشکبیجاری، ر، ملکی خشکبیجاری، م، عموئی، م، بررسی و مقایسه مشخصات مکانیکی و پیوستگی بتن‌های پلیمری و پلیمری اصلاح شده به عنوان لایه تعمیری بر بستر بتنی، نشریه مهندسی سازه و ساخت، 7(1)، 1399، 41-55.
13-منصورقناعی، م ح، بیک‌لریان، م، مردوخ‌پور، ع، بررسی آزمایشگاهی مقاومت فشاری بتن ژئوپلیمری براساس آزمون XRF و SEM، فصلنامه آنالیزسازه-زلزله، 18(4)، 1400.
14- ASTM. Standard test method for bond strength of epoxy-resin systems used concrete by slant shear. United States, C882, 2013.
15- مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، راهنمای روش طرح ملی مخلوط بتن، ویرایش اول، انتشارات مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 1386، 47.
16- ASTM. Standard test method for flexural strength of concrete specimens, Using Simple Beam with Third-Point Loading. United States, C78, 2016.

16- موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، سیمان، تعیین مقاومت فشاری و خمشی، روش آزمون، استاندارد ملی ایران ۳۹۳، ویرایش دوم، 1383، 36.
17-Nematian Jelodar H, Hojatkashani A, Madandoust R, Akbarpour A, Hosseini SA. Experimental Investigation on the Mechanical Characteristics of Cement-Based Mortar Containing Nano-Silica, Micro-Silica, and PVA Fiber. Journal of Processes. 2022; 10 (9): 1-15.
18- ASTM. Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. United States, C39, 2016.