Uğur DURAK, Serhan İLKENTAPAR, Halil EREN

Alkali ile Aktive Edilmiş EPS İkameli Harçların Mekanik ve Fiziksel Özellikleri ile Yüksek Sıcaklığa Karşı Dirençlerinin Araştırılması

Bu çalışmada alkali ile aktive edilmiş cüruflu harçlarda ırmak kumu ile EPS (Genleştirilmiş polistiren) ikame edilerek hafif harç numuneleri üretilmiştir. EPS granülleri ırmak kumu ile hacimce yüzde 20-40-60-80-100 oranlarında yer değiştirilerek karışıma dâhil edilmiştir. Çalışmada aktivatör olarak sodyum silikat kullanılmış ve üretilen numuneler 28 gün havada kür edilmiştir. Kür süresini dolduran alkali ile aktive edilmiş cüruflu harçların birim ağırlık, ultrasonik atımlı dalga hızı, ısı geçirimlilik özellikleri ile eğilme ve basınç dayanımları belirlenmiştir. Ayrıca 28 gün kür süresi sonrası 300⁰C, 600⁰C ve 900⁰C sıcaklıklara maruz bırakılan numunelerin yüksek sıcaklığa karşı dirençleri ve içyapı özellikleri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre EPS ikamesi ile numunelerin birim ağırlık, ultrasonik atımlı dalga hızı değerleri ile eğilme ve basınç dayanım değerleri düşerken, yalıtım performansının ise arttığı görülmüştür. Irmak kumu ile ikame edilen EPS miktarı arttıkça numunelerin eğilme ve basınç dayanımlarında meydana gelen kayıplar artmıştır. Ayrıca EPS ikame oranı arttıkça özellikle 600⁰C ve 900⁰C sıcaklık sonrasında basınç dayanımlarında ciddi oranda kayıplar yaşanmıştır. Buna paralel olarak yüksek sıcaklık etkisine maruz kalan numunelerin içyapıları daha boşluklu ve çatlaklı bir yapıya dönüşmüştür.

Investigation of Mechanical and Physical Properties and Resistance to High Temperature of Alkali Activated EPS Substituted Mortars

In this study, lightweight alkali-activated slag mortar samples were produced by substituting EPS (expanded polystyrene) and river sand. EPS granules were included in the mixture by replacing them with river sand at 20%, 40%, 60%, 80%, 100% by volume. Sodium silicate was used as the activator in the study and the produced samples were cured in air for 28 days. After the curing period, the unit weight, ultrasonic pulse velocity, heat permeability properties, flexural and compressive strengths of the alkali-activated slag mortars were determined. In addition, resistance to high temperature and microstructure properties of the samples exposed to temperatures of 300⁰C, 600⁰C ve 900⁰C after 28 days of curing were investigated. According to the results, with EPS substitution, it was observed that the unit weight, ultrasonic pulse velocity, flexural and compressive strengths values of the samples decreased, while the insulation performance increased. As the number of EPS substituted with river sand increased, the losses in flexural and compressive strength of the samples increased. In addition, as the EPS replacement ratio increased, there were serious losses in compressive strength, especially after 600⁰C and 900⁰C temperatures. Parallel to these results, the internal structures of the samples exposed to the effect of high temperature turned into a more porous and cracked microstructure.

PDF

___

[1] Ghrici M., Kenai S., Meziane E. 2006. Mechanical and durability properties of cement mortar with Algerian natural pozzolana. Journal of Materials Science, 41.(21): 6965-6972.
[2] Mehta P.K. 2004. High-performance, high-volume fly ash concrete for sustainable development. International Workshop on Sustainable Development and Concrete Technology, 31 (4): 3–14.
[3] Huang C.H., Lin S. K., Chang C. S., Chen H. J. 2013. Mix proportions and mechanical properties of concrete containing very high-volume of class F fly ash. Construction and Building Materials, 46: 71-78.
[4] Shanahan N., Markandeya A., Elnihum A., Stetsko Y. P., Zayed A. 2016. Multi-technique investigation of metakaolin and slag blended portland cement pastes. Applied Clay Science, 132: 449-459.
[5] Duan P., Shui Z., Chen W., Shen C. 2013. Effects of metakaolin, silica fume and slag on pore structure, interfacial transition zone and compressive strength of concrete. Construction and Building Materials, 44, 1-6.
[6] Yamanel K., Durak U., İlkentapa S., İsa Atabey İ., Karahan O., Duran Atiş C. 2019. Influence of waste marble powder as a replacement of cement on the properties of mortar. Journal of Construction, 18 (2), 290-300.
[7] Karahan O. 2017. Transport properties of high volume fly ash or slag concrete exposed to high temperature. Constraction and Building Materials, 152: 898–906.
[8] Gencel O., Karadag O., Oren O. H., Bilir T. 2021. Steel slag and its applications in cement and concrete technology: A review. Construction and Building Materials, 283: 122783.
[9] Wang S.D., Pu X.C., Scrivener K.L., Pratt P.L. 1995. Alkali-activated slag cement and concrete: A review of properties and problems. Advances in cement research, 7 (27): 93-102.
[10] Bingöl Ş., Bilim C., Atiş C.D., Durak U. 2020. Durability properties of geopolymer mortars containing slag. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 44 (1): 561-569.
[11] Bingöl Ş., Bilim C., Duran Atiş C., Durak U, İlkentapar S., Karahan O. 2020. An investigation of resistance of sodium meta silicate activated slag mortar to acidic and basic mediums. Revista de la construcción, 19 (1): 127-133.
[12] Puertas F., Gutiérrez R., Fernández-Jiménez A., Delvasto S., Maldonado J. 2002. Alkaline cement mortars. chemical resistance to sulfate and seawater attack. Materiales de Construccion, 52 (267): 55-71.
[13] Çelikten S., Sarıdemir M., Özgür Deneme İ. 2019. Mechanical and microstructural properties of alkali-activated slag and slag + fly ash mortars exposed to high temperature. Construction and Building Materials, 217: 50-61.
[14] Bakharev T., Sanjayan J., Cheng Y.- B. 2003. Resistance of alkali-activated slag concrete to acid attack. Cement and Concrete research, 33(10), 1607-1611.
[15] Fernández-Jiménez A., Palomo J. G., Puertas F. 1999. Alkali-activated slag mortars mechanical strength behavior. Cement and concrete research, 29 (8): 1313-1321.
[16] Provis J.L., Bernal S.A. 2014. Geopolymers and related alkali-activated materials. Annual Review of Materials Research, 44: 299-327.
[17] Atiş C.D., Bilim C., Çelik Ö., Karahan O. 2009. Influence of activator on the strength and drying shrinkage of alkali-activated slag mortar. Construction and building materials, 23 (1): 548-555.
[18] Chang, J.J., Yeih W., Hung C.C. 2005. Effects of gypsum and phosphoric acid on the properties of sodium silicate-based alkali-activated slag pastes. Cement and Concrete Composites, 27 (1): 85-91.
[19] TS EN 206:2013+A1, Concrete-Specification, Performance, Production and Conformity. Ankara, Turkey, 2013.
[20] Neville A.M. 2011. Properties of Concrete 4th. Longman, London.
[21] Taşdemir C. 2003. Hafif betonların ısı yalıtım ve taşıyıcılık özellikleri. Türkiye Mühendislik Haberleri, 5 (427): 57–61.
[22] Taşdemir M. A. Taşıyıcı Hafif Betonların Elastik ve Elastik Olmayan Davranışları. İstanbul Teknik Üniversitesi, İnşaat Fakültesi, Doktora Tezi, 1982.
[23] Beycioğlu A., Başyiğit C., Kılınçarslan Ş. 2010. Pomza agregalı hafif beton özelliklerine silis dumanının etkisi. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilim. Enstitüsü Dergisi, 14 (2): 200–205.
[24] Yazıcıoğlu S., Bozkurt N. 2006. Pomza ve mineral katkılı taşıyıcı hafif betonun mekanik özelliklerinin araştırılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 21 (4): 675–680.
[25] Ke Y., Beaucour A. L., Ortola S., Dumontet H., Cabrillac R. 2009. Influence of volume fraction and characteristics of lightweight aggregates on the mechanical properties of concrete. Construction and Building Materials, 23 (8): 2821-2828.
[26] Akçaözoǧlu S., Atiş C.D., Akçaözoǧlu K. 2010. An investigation on the use of shredded waste PET bottles as aggregate in lightweight concrete. Waste management, 30 (2): 285-290.
[27] Koksal F., Gencel O., Kaya M. 2015. Combined effect of silica fume and expanded vermiculite on properties of lightweight mortars at ambient and elevated temperatures. Construction and Building Materials, 88: 175-187.
[28] Kılıç F. M. 2018. Hafif Şap ile Normal Şap Uygulamasının Özelliklerinin Karşılaştırılması. Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Kayseri.
[29] İlkentapar S., Eren H. 2020. EPS ile ikame edilmiş uçucu küllü geopolimer hafif harcın fiziksel, mekanik ve ısıl geçirimlilik özelliklerinin incelenmesi. Academic Platform Journal of Engineering and Science, 9 (1): 28-38.
[30] Babu K.G., Babu D. S. 2003. Behaviour of lightweight expanded polystyrene concrete containing silica fume, Cement and Concrete Research, 33 (5): 755-762.
[31] Babu D.S., Babu K.G., Wee T.H. 2005. Properties of lightweight expanded polystyrene aggregate concretes containing fly ash. Cement and Concrete Research, 35 (6): 1218-1223.
[32] Cook D. J. 1983. Concrete Technology and Design, New Concrete Materials, Vol. 1. Surrey University Press, Surrey.
[33] Liu N., Chen B. 2014. Experimental study of the influence of EPS particle size on the mechanical properties of EPS lightweight concrete. Construction and Building Materials, 68: 227-232.
[34] TS EN 933-1, Tests for Geometrical Properties of Aggregates - Part 1: Determination of particle size distribution - Sieving method. Ankara, Turkey: TSE, 2012.
[35] TS EN 1015-3, Methods of Test for Mortar for Masonry: Part 3. Determination of Consistence of Fresh Mortar (by flow table). Ankara, Turkey: TSE, 2000.
[36] ASTM C 642-13, Standard Test Method for Density , Absorption, and Voids in Hardened Concrete. American Society for Testing and Material, 2013.
[37] TS EN 12504-4, Testing concrete - Part 4: Determination of Ultrasonic Pulse Velocity. Ankara, Turkey: TSE, 2012.
[38] TS EN 1015-11, Mortar Testing Method, Part 11. Measurement of Compressive and Flexural Tensile Strength of Mortar. Ankara, Turkey: TSE, 2000.