Investigation of the Strength and Durability Properties of Cement Mortars with Islahiye-Hassa Trace Additive

Year 2024, Volume: 24 Issue: 1, 90 - 102, 27.02.2024

Hadaan Pehlivan , Mahmut Aytekin

https://doi.org/10.35414/akufemubid.1280918

Abstract

In this study, reinforced and unreinforced mortar samples containing İslahiye-Hassa Trace (T) at the rates of 0%, 10%, 20%, 30% and 40% were produced as a cement substitute. XRF, FT-IR and TGA applications were made to examine chemical analysis, molecular analysis and thermal changes of cement mortars. For the strength tests of cement mortars, prismatic 40x40x160 mm mortar samples and reinforced cylinder 50x100 mm mortar samples for electrochemical corrosion measurements were produced. Voltametric measurements were made to determine the electrochemical corrosion behavior of the reinforcement with the three-electrode measurement method. Non-destructive electrochemical tests such as open circuit potential measurements (EOCP) with half-cell potential method and measurement of corrosion charge (QOCP) at open circuit potential with coulometry application were performed on the reinforcements waiting in a corrosive environment. As a result, it was observed that the mass change due to temperature was the lowest and the 180-day flexural (9.72 MPa) and compressive (50.85 MPa) strength was the highest in the 10% tras added cement mortar samples. At the same time, 10% trass additive contributed to the formation of a passive film on the reinforcement surface, creating a protective environment against corrosion

Keywords

İslahiye-Hassa Trace, XRF, FT-IR, TGA, Strenght, Corrosion

Project Number

Proje No: BAP 12171

İslahiye-Hassa Trası Katkılı Çimento Harçlarının Dayanım ve Dayanıklılık Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Bu çalışmada çimento ikamesi olarak %0, %10, %20, %30 ve %40 oranlarında İslahiye-Hassa Trası (T) içeren donatılı ve donatısız harç numuneler üretilmiştir. Çimento harçlarının kimyasal analiz, moleküler analiz ve termal değişimlerini incelemek için XRF, FT-IR ve TGA uygulamaları yapılmıştır. Çimento harçlarının dayanım testleri için 40x40x160mm boyutunda prizmatik ve elektrokimyasal korozyon ölçümleri için donatılı 50x100 mm silindir harç numuneleri üretilmiştir. Üç elektrotlu ölçüm yöntemi ile donatının elektrokimyasal korozyon davranışını belirlemek için voltametrik ölçümler yapılmıştır. Korozif ortamda bekleyen donatılara yarı hücre potansiyel yöntemi ile açık devre potansiyel ölçümleri (EADP), kulometri uygulaması ile açık devre potansiyelinde korozyon yüklerinin (QADP) ölçümü gibi tahribatsız elektrokimyasal testler yapılmıştır. Sonuç olarak %10 tras katkılı çimento harç numunelerinde sıcaklığa bağlı kütle değişiminin en düşük olduğu, 180 günlük eğilme (9.72 MPa) ve basınç (50.85 MPa) dayanımının en yüksek olduğu görülmüştür. Aynı zamanda %10 tras katkısı donatı yüzeyinde pasif film oluşmasına katkı sağlayarak korozyona karşı koruyucu bir ortam oluşturmuştur.

Keywords

İslahiye-Hassa Trası, XRF, FT-IR, TGA, Dayanım, Korozyon

Supporting Institution

Kilis 7 Aralık Üniversitesi Rektörlüğü Bilimsel Araştırmalar Birimi

Project Number

Proje No: BAP 12171

References

• Aguirre-Guerrero, A.M., Robayo-Salazar, R.F. and Mejía de Gutiérrez, R., 2021. Corrosion resistance of alkali activated binary reinforced concrete based on natural volcanic pozzolan exposed to chlorides. Journal of Building Engineering, 33, 101593. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(00)00091-3
• Akça, A.H. and Özyurt, N., 2018. Effects of re-curing on microstructure of concrete after high temperature exposure. Construction and Building Materials, 168, 431-441. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.216
• Akyol, M., Kıymaç, K. ve Ekicibil, A., 2011. Geçiş metali Dy katkılı Zn0.80-4yDyyOx bileşiklerinin yapısal ve manyetik özelliklerinin araştırılması. Çukurova Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26-2, 173-182.
• ASTM C618-19, 2019. Standard specification for coal fly ash and raw or calcined natural pozzolan for use in concrete. ASTM International, West Conshohocken, PA.
• ASTM C1872-18, 2018. Standard test method for thermogravimetric analysis of hydraulic cement. ASTM International, West Conshohocken, PA.
• ASTM C187-16, 2016. Standard test method for amount of water required for normal consistency of hydraulic cement paste. ASTM International, West Conshohocken, PA.
• ASTM C876-22b, 2022. Standard test method for corrosion potentials of uncoated reinforcing steel in concrete. ASTM International, West Conshohocken, PA.
• ASTM C230/C230M-98E1. Standard Specification for Flow Table for Use in Tests of Hydraulic Cement. ASTM International, West Conshohocken, PA.
• Bilgin, T., 1969. Ceyhan doğusunda volkanik şekiller ile Hassa Leçesi. İstanbul Üniversitesi Yayınları. 1494, 5-26.
• Bulatovic´, V., Melešev, M., Radeka, M., Radonjanin, V. and Lukic´, I., 2017. Evaluation of sulfate resistance of concrete with recycled and natural aggregates. Construction and Building Materials, 152, 614-631. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.161
• Dorum, A., Koçak, Y., Yılmaz, B. ve Uçar, A., 2010. Uçucu kül katkılı çimento hidratasyonuna elektrokinetik özelliklerin etkisi. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Dergisi. 25, 3, 449-457.
• Du, H. and Tan, K.H., 2017. Properties of high volume glass powder concrete. Cement and Concrete Composites. 75, 22-29. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2016.10.010
• Erdoğan, T.Y., 2013. Beton. ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık ve İletişim A.Ş., Ankara.
• Fichet, R.O., Gauthier, C., Clamen, G. and Boch, P., 1998. Microstructural aspects in a polymer-modified cement. Cement and Concrete Research. 28, 12, 1687-1693. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(98)00153-7
• Gurten AA., Erbil M. and Kayakırılmaz K., 2005. Effect of polyvinylpyrrolidone on the corrosion resistance of steel. Cement and Concrete Composites, 27,7-8, 802-808. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2005.03.002
• Hager, I., 2013. Behaviour of cement concrete at high temperature, Bulletın of the Polısh Academy of Sciences. Technical Sciences, 61, 1, 145-154. https://doi.org/10.2478/bpasts-2013-0013
• Özinan, İ.E., 2010. Silex ve tras katkılı harç ve beton karışımlarının mekanik ve fiziksel özelliklerinin karşılaştırılması. Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, FBE, İstanbul, 87.
• Öztürk, A.U., 2009. Çimento harçlarının mikroyapı-basınç dayanımı ilişkisinin incelenmesi. Doktora Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, FBE, İzmir, 254.
• Pan, S.C., Tseng, D.H, Lee, C.C. and Lee, C., 2003. Influence of the fineness of sewage sludge ash on the mortar properties. Cement and Concrete Research, 33, 1749-1754. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00165-0
• Puertas, F., Fernandez-Jimenz, A.and Blanco-Varela, M.T., 2004. Pore solution in alkali-activated slag cement pastes. Relation to the composition and structure of calcium silicate hydrate. Cement and Concrete Research, 34, 1, 139-148. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(03)00254-0
• Puertas F. and Fernandez-Jimenz, A., 2003. Mineralogical and microstructural characterisation of alkali-activated fly ash/slag paste. Cement and Concrete Composites, 25, 287-292. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(02)00059-8
• Pourbaix, M. 1974. Atlas of Electrochemical Equilibria. NACE, Houston, TX, 307.
• Sabır, B.B., Wild, and Bai, J., 2001. Metacaolin and calcined clays as pozzolan for concrete: a review. Cement and Concrete Composites, 23, 441-454. http://dx.doi.org/10.1016/S0958-9465(00)00092-5
• Segovia, E.G., de Vera, G., Miró, M. Ramis, J. and M.A. Climent, 2021. Cement mortar cracking under accelerated steel corrosion test: A mechanical and electrochemical model. Journal of Electroanalytical Chemistry, 896, 115222. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2021.115222
• Sadowski, L., 2013. Methodology for assessing the probability of corrosion in concrete structures on the basis of half-cell potential and concrete resistivity measurements. Hindawi Publishing Corporation, The Scientific World Journal, 714501. http://dx.doi.org/10.1155/2013/71450
• Shannag, M.J, 2000. High strenght concrete containing natural pozzolan and silica fume. Cement and Concrete Composites, 22, 399-406. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(00)00037-8
• Singh, N. and Singh, S.P., 2016. Carbonation resistance and microstructural analysis of low and high volume fly ash self compacting concrete containing recycled concrete aggregates. Construction and Building Materials. 127, 828-842. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.10.067
• Skripkıunas, G., Sasnauskas, V. Dauksys, M. and Palubinskaite, D., 2007. Peculiarities of hydration of cement paste with addition of hydrosodalite. Materials Science, 25, 3, 627-635.
• Toprak, V., Rojay ve B., Heımann, A., 2002. Hatay Grabeninin Neotektonik Evrimi ve Ölüdeniz Fay Kuşağı ile İlişkisi, Proje No: YDABAG-391, Ankara.
• Tuncer, E., 2014. Gümüşhane yöresi volkanik kayaçların puzolanik aktivitesinin araştırılması. Yüksek Lisans Tezi, Gümüşhane Üniversitesi FBE, Gümüşhane, 89.
• TS EN 197-1, 2012. Çimento-Bölüm 1: Genel çimentolar: bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri. TSE., Ankara.
• TS 25/T1, 2011. Doğal puzolan (tras)-Çimento ve betonda kullanılan-Tarifler, gerekler ve uygunluk kriterleri. TSE, Ankara.
• Ubbrıaco, P. and Calabrese, D., 1998. Solidification and stabilization of cement paste containing fly ash from municipal solid waste,.Thermochimica Acta, 321, 143-150. https://doi.org/10.3390/ma13010141
• Ün H., 2005. Değişik tip çimentolarla hazırlanan harçların eğilme sonrası basınç dayanımı ile doğrudan basınç dayanımlarının karşılaştırılması. DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, 7, 97-109.
• Varas, M. J., Alvarez De Buergo, M. and Fort, R., 2005. Natural cement as the precursor of portland cement: methodology for its identification. Cement and Concrete Research, 35, 11, 2055-2065. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2004.10.045
• Vu, D.D, Stroeven, P. and Buı, V.B, 2001. Strenght and durability aspects of calsined caolin - blended portland cement mortar and concrete, Cement and Concrete Composites, 23, 471-478. https://doi.org/10.1016/S0958-9465(00)00091-3
• Witkowski, H., Koniorczyk, M., 2018. New sampling method to improve the reliability of FTIR analysis for Self-Compacting Concrete. Construction and Building Materials, 172,196-203. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.216
• Yoon-Seok, C., Jung-Gu K. and Kwang-Myong L., 2006. Corrosion behavior of steel bar embedded in fly ash concrete. Corrosion Science, 48, 1733-17. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2005.05.019
• You, N., Shi, J. and Zhang, Y., 2020. Corrosion behaviour of low-carbon steel reinforcement in alkali-activatedslag-steel slag and Portland cement-based mortars under simulated marine environment. Corrosion Science, 175, 108874. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108874
• Zhao, K., Liang, Y., Ji, T. Lu, Y. and Lin, X., 2020. Effect of activator types and concentration of CO2 on the steel corrosion in the carbonated alkali-activated slag concrete. Construction and Building Materials, 262, 120044. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120044