Effects of mix design parameters on physical properties, strength, and impact behavior of hempcrete

Abstract

Yapı ve inşaat sektörü, karbon emisyonlarını düşürmek için giderek daha fazla sürdürülebilir malzeme kullanmaya başlamaktadır. Bu malzemelerden biri de kenevir betonudur. Ancak, kenevir betonun farklı uygulamalar için kullanılabilirliğini artıracak performans özelliklerinin optimize edilmesi hala bir zorluk teşkil etmektedir. Bu araştırma, sönmüş kireç yerine doğal hidrolik kireç, uçucu kül ve öğütülmüş granüle yüksek fırını cürufu gibi çeşitli bağlayıcı malzemelerin kenevir betonun yoğunluğu, kenevir kıtığı yönelimine paralel ve dik yöndeki, basınç dayanımı, ısıl iletkenlik ve kapiler su emilimi üzerindeki etkilerini değerlendirmeyi amaçlamaktadır. Ayrıca, araştırma, hempcrete'in enerji emme ve dağıtma kapasitesini bir darbe testi ile incelemektedir. Araştırma, farklı bağlayıcı bileşimlerini, kenevir kıtığı parçacık boyutlarını (kaba, orta ve ince), kıtık : bağlayıcı oranlarını, ve kıtık : su oranlarını deneyerek bu parametrelerin kenevir betonu performansı üzerindeki etkilerini analiz etmektedir. Sonuçlar, bu parametrelerin kenevir betonun yoğunluğu, basınç dayanımı, ısıl iletkenlik ve kapiler su emilimi üzerinde etkili olduğunu, bazı parametrelerin ise diğerlerinden daha belirgin bir etki sağladığını göstermektedir. Ayrıca, kıtık yönelimine dik yöndeki basıncın, belirli bir birim deformasyon oranı için numunelerin performansını arttırdığı gözlemlenmiştir. Darbe testi sonuçları, kenevir betonun darbe kuvvetlerini ve kiriş yer sehimlerini önemli ölçüde azalttığını göstermektedir. Daha düşük bağlayıcı içeriği, şok emme etkisini artırarak daha iyi enerji dağılımı sağladı; ancak, bağlayıcı içeriğe daha düşük olan numuneler test sonrası kırılmaya daha yatkındı. Bu bulgular, kenevir betonun darbeye maruz betonarme yapıları koruma potansiyelini öne çıkarmıştır. Test edilen özellikler ve bulguların, önümüzdeki yıllarda kenevir betonun çeşitli uygulamalarda kullanımını genişletmesi beklenmektedir.

The building and construction sector increasingly adopt sustainable materials to lower emissions of carbon. One of these materials is hempcrete. However, optimizing hempcrete's performance characteristics to be used for different applications remains a challenge. This research aims to evaluate the effects of replacing hydrated lime with natural hydraulic lime and various cementitious materials like fly ash and ground granulated blast furnace slag on hempcrete's density, compressive strength in both directions parallel and perpendicular to hemp shives orientation, thermal conductivity, and capillary water absorption. Moreover, the study investigates the ability of hempcrete to absorb and dissipate energy by performing an impact test. The research involved testing different binder compositions, hemp shive particle sizes (coarse, medium, and fine), and hemp : binder and hemp : water ratios to analyze their impact on hempcrete performance. Results show that these parameters influence hempcrete's density, compressive strength, thermal conductivity, and capillary water absorption, with some parameters having a more significant impact than others. It was also observed that the compression in the perpendicular direction also reflected the performance of the specimens if they were compared at a specific strain ratio. The impact test results demonstrate that hempcrete significantly reduces impact forces and beam displacements. Lower binder content enhanced the cushioning effect, offering better energy dissipation, although specimens with lower binder content were more prone to crumbling after testing. These findings highlight hempcrete's potential for protecting reinforced concrete structures under impact. The tested properties and findings are expected to expand the use of hempcrete in various applications in the upcoming years.