Characterization of Commercially Available Alkali Resistant Glass Fiber for Concrete Reinforcement and Chemical Durability Comparison with SrO-Mn₂O₃-Fe₂O₃-MgO-ZrO₂-SiO₂ (Smfmzs) System Glasses

Abstract

According to the relevant literature, the utilization of different kind of glass fibers in concrete introduces positive effect on the mechanical behavior, especially toughness. There are many glass fibers available to reinforce concretes. Glass fiber composition is so important because it may change the properties such as strength, elastic modulus and alkali resistance. Its most important property to be used in concrete is the alkali resistance. Some glasses of SrO-MgO-ZrO₂-SiO₂ (SMZS) quaternary system, such as 26SrO, 20MgO, 14ZrO₂, 40SiO₂ (Zrn glass), have been found to be highly alkali resistant thanks to their high ZrO₂ and MgO contents. Previous researches on these glasses with MnO and/or Fe₂O₃ partially replacing SrO have been made with the aim of improving the chemical resistance and decreasing the production cost. The main target of the present study, first of all, was to characterize commercially available alkali resistant glass fiber for concrete reinforcement and then to compare its alkali durability with those of the SrO-Mn₂O₃-Fe₂O₃-MgO-ZrO₂-SiO₂ (SMFMZS) system glasses. For such purposes, XRF, Tg-DTA, alkali resistance tests and SEM analysis conducted with EDX were employed. According to the alkali endurance test results it was revealed that some of the SMFMZS system glass powders are 10 times resistant to alkali environments than the commercial glass fibers used in this study. Therefore, they can be considered as alternative filling materials on the evolution of chemically resistant concrete structures.

Yapılan literatür çalışmalarına göre, beton içerisinde çeşitli türde cam fiber kullanımı, mekanik özelliklerde, özellikle toklukta, pozitif etki sağlamaktadır. Beton takviyesinde kullanılabilecek çok sayıda cam fiber mevcuttur. Cam fiber bileşimi o kadar önemlidir ki, mukavemet, elastik modül ve alkali dayanımı gibi özellikleri değiştirebilmektedir. Böylesi katkıların betonda kullanımına yol açan en önemli özellik alkali dayanımıdır. 26SrO, 20MgO, 14ZrO₂, 40SiO₂ (Zrn camı) cam bileşiminin yüksek miktarda ZrO₂ ve MgO içermesi nedeniyle alkali dayanımının yüksek olduğu tespit edilmiştir. Böylesi camlarla ilgili önceden yapılan çalışmalarda MnO ve/veya Fe₂O₃’in kısmen SrO’in yerine kullanılmasıyla kimyasal dayanımı arttırma ve üretim maliyetini azaltma hedefi gerçekleştirilmiştir. Bu araştırmanın amacı, her şeyden önce, beton takviyesi için piyasada bulunan alkali dayanımlı cam fiberlerin karakterizasyon çalışmalarını gerçekleştirmek, ardından da SrO-Mn₂O₃-Fe₂O₃-MgO-ZrO₂-SiO₂ (SMFMZS) sistem camları ile alkali dayanımını karşılaştırmaktır. Bu amaçla, XRF, Tg-DTA, alkali dayanım testleri ve EDX destekli SEM analizleri yapılmıştır. Alkali dayanım testleri sonuçlarına göre bazı SMFMZS grubu cam taneciklerinin bile kullanılan ticari cam fiberden 10 kat daha fazla alkali dayanımı sergiledikleri görülmüştür. Dolayısıyla, kimyasal dayanımlı beton yapıların geliştirilmesinde alternatif dolgu malzemesi olarak kullanılabilecekleri belirlenmiştir.