Investigating the Effects of Alkaline Aging on Jute Fibers and Their Reinforcement Capabilities in Modified Cement Composites

Aamir Mahmood, M.Sc.

Disertační práce

Abstract:

This thesis is divided into two main parts. The first part investigates the degradation (refining) of jute technical fibers under alkaline conditions. Various types of alkali concentrations, and treatment times were systematically reviewed to assess their effects on fiber strength. Results indicate that fibers treated with NaOH significantly reduced the tensile strength over time. Sodium hydroxide was found to be the most aggressive alkali according to Response Surface Methodology (RSM) analysis. The second part of the study evaluates the effects of fly ash (FA), Laponite (LAP), and Bentonite (BENT) on the mechanical properties of cement paste. Fly ash improved 3-point bending stress but reduced compressive strength and toughness. Conversely, laponite negatively affected all properties, but 1% of Laponite showed a maximum value for all the functions. while Bentonite enhanced both 3-point bending stress and compressive strength. Statistical regression and Ordered Weighted Averaging (OWA) models indicated that a mixture of 5% fly ash and 1% Laponite was optimal for construction purposes, balancing safety and performance. The best performance in terms of 3-point bending, compressive strength, and toughness was observed in cement mixtures containing 5% fly ash and 1% Laponite, reinforced with different amounts of jute fibers.

Abstract:

Tato disertační práce je rozdělena na do dvou hlavních částí. První část se zabývá degradaci (zjemňování) technických jutových vláken v alkalických podmínkách. Různé koncentrace alkálií a doby působení byly systematicky přezkoumány za účelem posouzení jejich vlivu na pevnost vláken. Výsledky ukazují, že vlákna ošetřená NaOH výrazně snížila pevnost v tahu v průběhu času. Hydroxid sodný byl podle analýzy metodou "Response Surface Methodology" (RSM) nejagresivnějším alalkálií použitou v tomto experimentu. Druhá část studie hodnotí účinky popílku (FA), Laponitu (LAP) a Bentonitu (BENT) na mechanické vlastnosti cementové směsy. Popílek zlepšil pevnost při tříbodovém ohybu, ale snížil pevnost v tlaku a houževnatost. Naproti tomu Laponit měl negativní vliv na všechny vlastnosti, ale 1 % Laponitu vykázalo maximální hodnotu u všech funkcí. Bentonit zlepšil jak pevnost při tříbodovém ohybu, tak pevnost v tlaku. Statistické regresní modely a modely "Ordered Weighted Averaging "(OWA) naznačily, že směs s 5 % popílku a 1 % Laponitu je optimální pro stavební účely, vyvažující bezpečnost a výkon. Nejlepší výsledky z hlediska tříbodového ohybu, pevnosti v tlaku a houževnatosti byly pozorovány u cementových směsí obsahujících 5 % popílku a 1 % Laponitu, zesílených různými množstvími jutových vláken.

Keywords

Stárnutí materiálu, Jutové vlákno, Alkalické ošetření, Mechanické vlastnosti, Metoda Response Surface, Cementová směs, Popílek, Laponit, Bentonit, Ordered Weighted Averaging, Hodnocení dopadu na životní prostředí.

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 25. 6. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: Ing. Miroslava Pechočiaková, Ph.D.

Technická univerzita v Liberci

Fakulta textilní

Doktorský studijní program / obor:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering