Fresh and Hardened Properties of Cementitious Composites Incorporating Firebrick Powder from Construction and Demolition Waste

Firebricks are generally used in furnace basins where glass, ceramics, and cement are produced. Firebricks have an important place in construction and demolition waste (CDW). However, there is a limited understanding of the effects on fresh and hardened state properties of cementitious composites. This study investigates the mechanical, physical, and microstructural properties of cementitious composites incorporating firebrick powder (FBP) from CDW. In this regard, the FBP was used at 5, 10, 15, 20, and 25% replacement ratio by weight of cement to produce cementitious composites. The consistency, setting characteristics, and 3, 7, and 28 days compressive and flexural strength tests of produced cementitious composites were performed. In addition, ultrasonic pulse velocity, water absorption, porosity, unit weight, and microstructure analysis of cementitious composites were conducted. As a result, the 28-day compressive strength of the cementitious composite mortars containing up to 10% firebrick powder remained above 42.5 MPa. The flow diameters increased significantly with the increase of the FBP. Therefore, it has been determined that the FBP can be used up to 10% in cementitious composites that require load-bearing properties. However, FBP might be used up to 25% in some cases. Using waste FBP instead of cement would reduce the amount of cement used and lower the cost of producing cementitious composites

Mechanical properties and microstructure of cement multicomponent systems containing pozzolan materials under sulfate attack

Sulfates are a significant chemical components that may lead to failures of cement concrete composites. The present study is dedicated to analyzing the effects of sulfate on the microstructure of cement composite mortars. For this purpose, cementing composite specimens were prepared with 20% pozzolan mixture [fly ash + granulated blastfurnace slag + bottom ash] by mass of cement, together with the reference additive-free specimen of cement concrete, without any mineral admixtures. These cementing composite mortar specimens were then treated for 2, 7, 28, 90, and 360 days in tap water and 10% sodium sulfate solution. The microstructure of the additive-free mortar and composite cement mortar, partially replaced with 20% pozzolan, was then investigated using a scanning electron microscope. The results showed that increasing curing time also increases the formation of C-S-H [calcium silicate hydrate] gel in the cement mortar, when the microstructural changes in the cement are explored in detail. Ettringite formation [3CaO center dot Al2O3 center dot 3CaSO(4)center dot 32H(2)O] in the specimens cured in 10% Na2SO4 was also noticed, in the present experiments

Thermal and Compressive Strength Properties of Sepiolite Substituted Autoclaved Aerated Concrete

Gazbeton gözenekli hafif betondur. Bu araştırmada, Sepiyolitin gazbeton üretiminde hammadde olarak kullanılan kuvarsit yerine ikamesinin gazbetonun ısıl ve basınç dayanım özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Araştırmada, duvar elamanı olarak kullanılan ve ticari olarak üretimi yapılan G2/04 sınıfı gazbeton üretimi esas alınmıştır. Eskişehir Sivrihisar maden sahasından alınan Sepiyolitin, hammadde olarak kullanılan kuvarsit yerine %5, %10, %15, %20 ve %25 oranlarında ikame edilerek gazbeton örnekleri üretilmiştir. Üretilen örnekler 60 ºC sıcaklıkta 4 saat kürde bekletildikten sonra 180 ºC'de 11 bar basınçta 6,5 saat otoklavda küre tabi tutulmuştur. Üretilen örneklerin basınç dayanımı ve ısıl iletkenlik özellikleri belirlenmiştir. Sonuç olarak sepiyolit oranının arttırılması sonucu basınç dayanımında azalma olurken ısıl iletimde iyileşme gözlenmiştir.Aerated concrete is a lightweight concrete which has porous structure. In this study, effects of usage of sepioliteas a raw material instead of quartzite on the thermal and compressive strength properties of aerated concrete were investigated.G2/04 class aerated concrete, which has been commercially produced as a wall component, has been focused. Aerated concrete samples have been prepared by substitution of sepiolite instead of quartzite in %5, %10, %15, %20 and %25. Sepiolite has been provided from Eskişehir mine field. After 4 hours cure at 60ºC, samples moved to treat in autoklave in the temperature of 180ºC and pressure at 11 bar for 6.5 hours. Thermal conductivity and compressive strength properties of samples were determined. As a result, increasing the rate of sepiolite in aerated concrete decreases the compressive strength and increases the thermal conductivity

Development of perlite-based geopolymeric mortars with thermal insulation capability

İnşaat endüstrisi dünyada sürekli büyümeye devam eden en büyük endüstrilerden biridir. Bu sebeple inşaat endüstrisinin enerji tüketiminin büyük kısmından sorumlu olduğu söylenebilir. Söz konusu enerji tüketiminin büyük bir kısmı da çimento üretiminden kaynaklanmaktadır. Çimento üretimi esnasında CO2 salınımı ve yüksek enerji tüketiminin en aza indirilmesi amacı ile bu çalışmada perlit içeren geopolimer harçlar üretilmiştir. Çimento üretimi ile çevreye verilecek zararın en aza indirilmesi, perlitin ekonomiye kazandırılması ve çimento bağlayıcılı hafif malzemeler ile kıyaslandığında ise dayanımı yüksek, hafif, yalıtım özellikleri iyi ve kullanılabilir bir malzeme elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmanın birinci aşamasında; perlitin geopolimer harçlarda kullanılabilirliğini belirleyebilmek için perlit madenlerinden elde edilen malzemenin dayanıma etkisi incelenmiştir. Aktivatör olarak da farklı oranlarda sodyum hidroksit kullanılmıştır. İkinci aşamada; geopolimer örneklerin ısı iletkenlik katsayılarını ve birim hacim ağırlıklarını düşürebilmek için genleştirilmiş perlit, standart kumun yerine ikame edilerek üretilen geopolimer örnekler üzerinde testler gerçekleştirilmiştir. Üçüncü aşamada ise; dayanımları belli seviyede tutulan geopolimer örneklerin birim hacim ağırlıkları, ısıl iletkenlikleri, cıvalı porozimetre deneyi ile boşluk miktarları ve mikro yapıları incelenerek elde edilen değerler karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Sonuç olarak; öğütülmüş ham perlitin geopolimer harçlarda bağlayıcı olarak kullanılabileceği, genleştirilmiş perlitin de hafif kompozit malzeme üretmek için uygun bir malzeme olduğu belirlenmiştir. Ayrıca genleştirilmiş perlit kullanımı, basınç dayanımını düşürmekle birlikte birim hacim ağırlık değerini ve ısıl iletkenlik katsayısı değerini de düşürdüğü sonucuna varılmıştır. Üretilen geopolimer kompozit malzemenin optimum değerleri ise, basınç dayanımı 1,67 MPa, birim hacim ağırlığı 0,63 g/cm³ ve ısıl iletkenlik katsayısı ise 0,09 W/mK olarak elde edilmiştir.The construction industry is one of the largest industries in the world and continues to grow. Therefore, it can be said that the construction industry is responsible for most of the energy consumption. A large part of this energy consumption is due to cement production. In this study, geopolymer composites containing perlite were produced in order to minimize CO2 emission and high energy consumption during cement production. It is aimed to obtain a material with high strength, lightweight, good insulation properties and usable compared to lightweight cementitious composites, minimize the damage to the environment by cement production and bring perlite to the economy. In the first stage of this study; the effect of the mechanical strength of materials obtained from perlite mines was investigated to determine the usability of perlite in geopolymer composites. Different ratio of sodium hydroxide was used as activators as well. In the second stage; tests were performed on the samples produced by replacing expanded perlite with sand to improve the thermal conductivity and to reduce the specific bulk density of the samples. In the third stage; the specific bulk density, thermal conductivity, pore structure and microstructure of samples that have strength in the defined level were investigated and all results were compared. As a result; it was determined that ground raw perlite can be used as binder in geopolymer composites and that expanded perlite is a suitable material to produce lightweight composite material. In addition, it was concluded that the use of expanded perlite reduces the specific bulk density and thermal conductivity coefficient, decreasing the compressive strength as well. The optimum values of the produced geopolymer composite material were obtained as 1,67 MPa for compressive strength, 0,63 g / cm³ for bulk density and 0,09 W / mK for thermal conductivity coefficient.İÇİNDEKİLER DİZİNİ ÖZET............................................................................................................................i ABSTRACT...............................................................................................................iii TEŞEKKÜR ............................................................................................................... v İÇİNDEKİLER DİZİNİ........................................................................................... vi ÇİZELGELER DİZİNİ............................................................................................ix ŞEKİLLER DİZİNİ.................................................................................................. xi SİMGELER DİZİNİ............................................................................................... xiv KISALTMALAR DİZİNİ ...................................................................................... xiv 1. GİRİŞ ...................................................................................................................... 1 1.1. Geopolimer Beton ............................................................................................. 4 1.1.1. Geopolimer Oluşumunu Sistematik Tasarımı ............................................ 5 1.1.2. Geopolimer Betonun Gelişimi ve Sınıflandırması...................................... 6 1.2. Perlit .................................................................................................................. 8 1.2.1. Genleştirilmiş Perlitin İnşaat Sektöründeki Kullanım Alanları.................. 9 1.2.2. Ham Perlitin İnşaat Sektöründeki Kullanım Alanları............................... 10 1.2.3. Türkiye’de Perlitin Durumu...................................................................... 10 1.2.4. Perlitin Çevre Koşulları ............................................................................ 11 1.2.5. Perlitin Üretim Süreci ............................................................................... 11 1.2.6. Türkiye’de Perlit Rezervleri ..................................................................... 11 1.2.7. Perlitin Kullanılabilirliği........................................................................... 12 1.3. Termal İletkenlik ............................................................................................. 13 1.4. Literatür Özetleri ............................................................................................. 15 2. MATERYAL VE METOT.................................................................................. 30 2.1. Materyal........................................................................................................... 30 2.1.1. Perlit.......................................................................................................... 30 vii 2.1.2. Sodyum Hidroksit (NaOH)....................................................................... 32 2.1.3. CEN Referans Kumu (Standart Kum) ...................................................... 33 2.1.4. Çalışmada Kullanılan Su .......................................................................... 33 2.1.5. Genleştirilmiş Perlit.................................................................................. 33 2.2. Metot ............................................................................................................... 35 2.2.1. Deneysel Çalışmalar ................................................................................. 37 2.2.2. Geopolimer Deney Örneklerinin Hazırlanması ........................................ 37 2.2.3. Geopolimer ÖrneklerinDeney Kalıbına Doldurulması............................. 40 2.2.4. Geopolimer ÖrneklerinBasınç Dayanım Testi ......................................... 43 2.2.5. Geopolimer Örneklerin Birim Hacim Ağırlıklarının Belirlenmesi........... 43 2.3. Geopolimer Örneklerin Kodlandırılması......................................................... 43 2.3.1. Standart Kum Agregalı Geopolimer Örneklerin Kodlandırılması............ 44 2.3.2. Agregasız Geopolimer Örneklerin Kodlandırılması................................. 46 2.3.3. Genleştirilmiş Perlit Agregalı 1. Grup Geopolimer Örneklerin Kodlandırılması .................................................................................................. 46 2.3.4. Genleştirilmiş Perlit Agregalı 2. Grup Örneklerin Kodlandırılması......... 48 2.4. Isıl İletkenliklerin Ölçülmesi........................................................................... 49 2.5. Cıvalı porozimetre Deneyleri .......................................................................... 51 2.6. Mikro Yapı Analizleri ..................................................................................... 52 3. ARAŞTIRMA BULGULARI.............................................................................. 54 3.1. Basınç Dayanımlarının Belirlenmesi............................................................... 54 3.1.1. Standart Kum Agregalı Geopolimer Harçların Basınç Dayanımı ............ 54 3.1.2. Agregasız, Geopolimer Hamurlarda Basınç Dayanımları ........................ 61 3.1.3. Genleştirilmiş Perlit Agregalı Geopolimer Örneklerin Basınç Dayanımları ............................................................................................................................ 62 3.1.4. Genleştirilmiş Perlit Agregalı Geopolimer Örneklerin Basınç Dayanımları ve Birim Hacim Ağırlıklarının Çözelti Molaritesine Göre Değerlendirilmesi... 69 viii 3.2. Genleştirilmiş Perlit Agregalı Geopolimer Harçların Dayanım, Birim Hacim Ağırlık ve Isıl İletkenlik Değerlendirme Sonuçları................................................ 72 3.3. Genleştirilmiş Perlit Agregalı Geopolimer Harçların Özelliklerinin Karşılaştırılması...................................................................................................... 77 3.4. Geopolimer Örneklerin Mikro Yapı Analizleri............................................... 80 3.5. Geopolimer Örneklerin Cıvalı Porozimetre Analizleri ................................. 102 4. TARTIŞMA VE SONUÇLAR .......................................................................... 111 KAYNAKLAR ....................................................................................................... 120 ÖZGEÇMİŞ............................................................................................................ 13

Microstructural investigation of the effect of sulphate on cement mortars with composite puzolans

YÖK Tez ID: 418700Beton veya betonarme yapıların bozulmasına yol açan önemli kimyasal tehlikelerden birisi sülfattır. Bu nedenle çalışmada, kompoze katkılı çimento harçlarına sülfatın etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla katkısız çimento harcı ile birlikte, CEM I 42.5 R çimentosuna, % 5, % 10, % 15 ve % 20 oranlarında Uçucu Kül + Taban Külü, Uçucu Kül + Yüksek Fırın Cürufu, Taban Külü + Yüksek Fırın Cürufu ve Uçucu Kül + Taban Külü + Yüksek Fırın Cürufu ikame edilerek çimento harcı hazırlanmıştır. Hazırlanan çimento harçları, normal su kürü ve % 10 sodyum sülfat küründe 2, 7, 28, 90, 180, 360 gün süre ile bekletilmiştir. Çimento harçlarında TS EN 196–1'e uygun olarak eğilme ve basınç dayanım deneyleri, ASTM C 1012 standardına uygun olarak da boyca genleşme deneyleri yapılmıştır. Ayrıca % 5 ve % 20 ikameli kompoze çimento harçlarında da mikro yapılar incelenmiştir. Hazırlanan çimento hamurlarında TS EN 196–3'e uygun olarak priz başlangıcı, priz sonu ve hacimsel genleşmeler incelenmiştir. Sonuç olarak; en yüksek basınç dayanımını normal su küründe % 5 Taban Külü + Yüksek Fırın Cürufu, sodyum sülfat küründe ise % 15 Taban Külü + Yüksek Fırın Cürufu ikameli çimento harcı vermiştir. En az boy uzamasını ise normal su küründe % 5 Taban Külü+Yüksek Fırın Cürufu ikameli çimento harcı, sodyum sülfat küründe ise % 20 Taban Külü+Yüksek Fırın Cürufu ikameli çimento harcı vermiştir. Mikro yapıda ise basınç dayanımı arttıkça C – S – H (Kalsiyum Silikat Hidrat) jelinin arttığı görülmüştür. Ayrıca sodyum sülfat küründe bekletilen numunelerde etrenjitlerin normal su kürüne göre daha fazla oluştuğu gözlenmiştir.One of the important chemical threats that causes deterioration of concrete or ferroconcrete structures is sulfate. In this study, sulfate effect on cement mortars with composed additives is investigated. Therefore, cement mortar samples were prepared from pure cement mortar, %5, %10, %15 and %20 fly ash+bottom ash, fly ash+blast furnace slag, bottom ash+blast furnace slag and fly ash added to CEM 42.5 R cement. These cement mortar samples, were cured in normal water and in %10 sodium sulfate for 2, 7, 28, 90, 180, 360 days. According to TS EN 196–1, compressive and flexural strength experiments, according to ASTM C 1012 standards, length changes of the samples were measured. Also micro structures of %5 and %20 substituent compose cement mortars were examined. At the start and end of cure, volumetric expansions were observed according to TS EN 196–3. Consequently, highest compressive strength variations were measured in %5 bottom ash+blast furnace slag substituted cement mortar in normal water cure and %15 bottom ash+blast furnace slag substituted cement mortar in sodium sulfate cure. At normal water cure, %5 bottom ash+blast furnace slag substituted cement mortar, at sodium sulfate cure, %20 bottom ash+blast furnace slag substituted cement mortar the least length changes were measured. İn addition to the compressive strength increase, C–S–H (Calcium Silicate Hydrate) jelly amount increase is also observed. Likewise more ettringites are formed in samples that held in sodium sulfate cure than samples that held in normal water cure

Development of perlite-based geopolymeric mortars with thermal insulation capability

YÖK Tez ID: 609939İnşaat endüstrisi dünyada sürekli büyümeye devam eden en büyük endüstrilerden biridir. Bu sebeple inşaat endüstrisinin enerji tüketiminin büyük kısmından sorumlu olduğu söylenebilir. Söz konusu enerji tüketiminin büyük bir kısmı da çimento üretiminden kaynaklanmaktadır. Çimento üretimi esnasında CO2 salınımı ve yüksek enerji tüketiminin en aza indirilmesi amacı ile bu çalışmada perlit içeren geopolimer harçlar üretilmiştir. Çimento üretimi ile çevreye verilecek zararın en aza indirilmesi, perlitin ekonomiye kazandırılması ve çimento bağlayıcılı hafif malzemeler ile kıyaslandığında ise dayanımı yüksek, hafif, yalıtım özellikleri iyi ve kullanılabilir bir malzeme elde edilmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmanın birinci aşamasında; perlitin geopolimer harçlarda kullanılabilirliğini belirleyebilmek için perlit madenlerinden elde edilen malzemenin dayanıma etkisi incelenmiştir. Aktivatör olarak da farklı oranlarda sodyum hidroksit kullanılmıştır. İkinci aşamada; geopolimer örneklerin ısı iletkenlik katsayılarını ve birim hacim ağırlıklarını düşürebilmek için genleştirilmiş perlit, standart kumun yerine ikame edilerek üretilen geopolimer örnekler üzerinde testler gerçekleştirilmiştir. Üçüncü aşamada ise; dayanımları belli seviyede tutulan geopolimer örneklerin birim hacim ağırlıkları, ısıl iletkenlikleri, cıvalı porozimetre deneyi ile boşluk miktarları ve mikro yapıları incelenerek elde edilen değerler karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Sonuç olarak; öğütülmüş ham perlitin geopolimer harçlarda bağlayıcı olarak kullanılabileceği, genleştirilmiş perlitin de hafif kompozit malzeme üretmek için uygun bir malzeme olduğu belirlenmiştir. Ayrıca genleştirilmiş perlit kullanımı, basınç dayanımını düşürmekle birlikte birim hacim ağırlık değerini ve ısıl iletkenlik katsayısı değerini de düşürdüğü sonucuna varılmıştır. Üretilen geopolimer kompozit malzemenin optimum değerleri ise, basınç dayanımı 1,67 MPa, birim hacim ağırlığı 0,63 g/cm³ ve ısıl iletkenlik katsayısı ise 0,09 W/mK olarak elde edilmiştir.The construction industry is one of the largest industries in the world and continues to grow. Therefore, it can be said that the construction industry is responsible for most of the energy consumption. A large part of this energy consumption is due to cement production. In this study, geopolymer composites containing perlite were produced in order to minimize CO2 emission and high energy consumption during cement production. It is aimed to obtain a material with high strength, lightweight, good insulation properties and usable compared to lightweight cementitious composites, minimize the damage to the environment by cement production and bring perlite to the economy. In the first stage of this study; the effect of the mechanical strength of materials obtained from perlite mines was investigated to determine the usability of perlite in geopolymer composites. Different ratio of sodium hydroxide was used as activators as well. In the second stage; tests were performed on the samples produced by replacing expanded perlite with sand to improve the thermal conductivity and to reduce the specific bulk density of the samples. In the third stage; the specific bulk density, thermal conductivity, pore structure and microstructure of samples that have strength in the defined level were investigated and all results were compared. As a result; it was determined that ground raw perlite can be used as binder in geopolymer composites and that expanded perlite is a suitable material to produce lightweight composite material. In addition, it was concluded that the use of expanded perlite reduces the specific bulk density and thermal conductivity coefficient, decreasing the compressive strength as well. The optimum values of the produced geopolymer composite material were obtained as 1,67 MPa for compressive strength, 0,63 g / cm³ for bulk density and 0,09 W / mK for thermal conductivity coefficient

Kompoze puzolan ikameli çimento harçlarına sülfatın etkisinin mikroyapısal olarak incelenmesi

Tez (Yüksek Lisans) -- Kırıkkale Üniversitesi92302