Production of Self-Compacted High Strength Brick Material without Portland Cement

Abstract

Some types of fly ash with binding properties are not used in the concrete industry due to not meeting relevant standards. These types of fly ash, including the Kangal Thermal Power Plant fly ash, are then sent to landfills, which is harmful to soil and groundwater. In this study, self-compacting high-strength brick was produced by using the Kangal Thermal Power Plant fly ash, waste glass powder, and lime. The compressive strength of brick containing 66% fly ash, 7% lime, and 27% waste glass powder was measured to be 67.5 MPa at 56 days. The unit weight, water absorption, sorptivity, and thermal conductivity values of the bricks were measured, and their microstructures were also examined. These bricks meet national and international standards. In addition, production of these bricks can help solve the housing problem for individuals from lower socio-economic backgrounds, especially those living in rural areas.

Keywords

• Fly Ash
• Waste Glass Powder
• Lime
• Brick

Kendiliğinden Yerleşen Yüksek Dayanımlı Portland Çimentosuz Briket Malzemesi Üretimi

Abstract

Bağlayıcılık özelliğine sahip olan bazı uçucu küller ilgili standartları sağlamadığından beton sektöründe kullanılmamaktadır. Atık depolama alanlarına gönderilen bu tür uçucu küller toprağa ve yeraltı sularına zarar vermektedir. Kangal Termik Güç Tesisi uçucu külü de beton sektöründe kullanılmamakta ve atık depolama alanına gönderilmektedir. Bu çalışmada, Kangal Termik Güç Tesisi uçucu külü, atık cam tozu ve kireç kullanılarak, kendiliğinden yerleşen yüksek dayanımlı briket üretilmiştir. Ağırlıkça %66 uçucu kül, %7 kireç ve %27 atık cam tozuyla üretilen briketin 56 günlük basınç dayanımı 67,5 MPa olmuştur. Üretilen briketlerin birim ağırlık, su emme, kılcal su emme ve ısıl iletkenlik değerlerinin yanında mikro yapıları da incelenmiştir. Üretilen briketler ulusal ve uluslararası standartlarda verilen sınır değerlerini sağlamıştır. Üretilen bu briketler kırsal kesimde yaşayan düşük gelirli insanların konut sorunun çözümüne yardımcı olabilir.

Keywords

• Uçucu Kül
• Atık Cam Tozu
• Kireç
• Briket

References

1. [1] [https://www.teias.gov.tr/sites/default/files/2017-12/Kguc2017.pdf (Erişim Tarihi: 01.04.2018).
2. [2] Türker, P., Erdoğan, B., Katnaş, F., Yeğinobalı, A. 2003. Türkiye’deki Uçucu Küllerin Sınıflandırılması ve Özellikleri, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği, 111s.
3. [3] ASTM C 618, Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Concrete. ASTM, Philadelphia, 1998.
4. [4] TS EN 197-1, Çimento-Bölüm 1: Genel Çimentolar-Bileşim, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2002.
5. [5] TS EN 450, Uçucu Kül-Betonda Kullanılan-Tarifler, Özellikler ve Kalite Kontrolü, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1998.
6. [6] http://www.pagcev.org/atik-istatistikleri (Erişim Tarihi: 01.01.2019).
7. [7] Turgut, P. 2007. Kireçtaşı ve cam tozunun briket yapımında kullanılması. 7. Ulusal Beton Kongresi, 29 Kasım–1 Aralık, İstanbul, 343–352.
8. [8] Scmidt, A., Saia, W.H.F. 1963. Alkali-aggregate reaction tests on glass used for exposed aggregate wall panel work, ACI Materials Journal, Cilt. 60, s. 1235-1236.

9. [9] Johnston, C.D. 1974. Waste glass as coarse aggregate for concrete, Journal of Testing and Evaluation, Cilt. 2(5), s. 344-350.
10. [10] Meyer, C., Baxter, S., Jin, W. 1987. Alkali-aggregate reaction in concrete mechanism, Cement and Concrete Research, Cilt. 17(1), s. 141-152.
11. [11] Xie, Z., Xi, Y. 2002. Use of recycled glass as a raw material in the manufacture of Portland cement, Materials and Structures, Cilt. 35(8), s. 510-515. DOI: 10.1007/BF02483139
12. [12] Shao, Y., Lefort, T., Moras, S., Rodriguez, D. 2000. Studies on concrete containing ground waste glass, Cement and Concrete Research, Cilt. 30(1), s. 91-100. DOI: 10.1016/S0008-8846(99)00213-6
13. [13] Shi, Y., Wu, C., Riefler, C., Wang, H. 2005. Characteristics and pozzolanic reactivity of glass powders, Cement and Concrete Research, Cilt. 35(5), s. 987-93. DOI: 10.1016/j.cemconres.2004.05.015
14. [14] Urhan, S. 1987. Alkali silica and pozzolanic reactions in concrete. Part 1: Interpretation of published results and a hypothesis concerning the mechanism, Cement and Concrete Research, Cilt. 17(1), s. 141-152. DOI: 10.1016/0008-8846(87)90068-8
15. [15] Tokyay, M., Çetin, B.K. 1991. Preslenmiş, buhar kürü uygulanmış uçucu kül-kireç tuğlalarının dayanım ve su emme özellikleri, Teknik Dergi, Cilt. 2(4), s. 385-394.
16. [16] Turgut, P. 2010. Masonry composite material made of limestone powder and fly ash, Powder Technology, Cilt. 204(1), s. 42-47. DOI: 10.1016/j.powtec. 2010.07.004
17. [17] Turgut, P. 2012. Manufacturing of building bricks without Portland cement, Journal of Cleaner Production, Cilt. 37, s. 361-367. DOI: 10.1016/ j.jclepro.2012.07.047
18. [18] Turgut, P. 2013. Fly ash block containing limestone and glass powder wastes, KSCE Journal of Civil Engineering, Cilt. 17(6), s. 1425-1431. DOI: 10.1007/s12205-013-0280-6
19. [19] Turgut P. 2018. Uçucu kül, kireç ve cam tozu kullanarak blok üretimi, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt. 24(3), s. 413-418. DOI: 10.5505/pajes.2016.70048
20. [20] ASTM C 109, Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars, ASTM, Philadelphia, 2016.
21. [21] ASTM C 642, Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, ASTM, Philadelphia, 2013.
22. [22] TS EN 772-11, Kâgir Birimler-Deney Metotları-Bölüm 11: Betondan, Yapay ve Doğal Taştan Yapılmış Kâgir Birimlerde Kapiler Su Emme ve Kil Kâgir Birimlerde İlk Su Emme Hızının Tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 2012.
23. [23] ASTM C1113M-09, Standard Test Method for Thermal Conductivity of Refractories by Hot Wire (Platinum Resistance Thermometer Technique), American Society for Testing and Materials, ASTM, Pennsylvania, 2019.
24. [24] ASTM C 140, Methods of Sampling and Testing Concrete Masonry Units. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 2017.
25. [25] Özdemir, A. 2002. Bazı yapı malzemelerin kapiler su emme potansiyelleri, Jeoloji Mühendisleri Odası Dergisi, Cilt. 26 (1), s. 19-32.
26. [26] Pollard, T.J.S., Montgomery, M.D, Sollar, J.C., Perry, R. 1991. Organic compounds in the cement-based stabilisation/solidification of hazardous mixed wastes-mechanistic and process considerations. Journal of Hazardous Materials, Cilt. 28(3), s. 313-27. DOI: 10.1016/0304-3894(91)87082-D
27. [27] Chi, M., Huang, R. 2014. Effect of circulating fluidized bed combustion ash on the properties of roller compacted concrete, Cement and Concrete Composites, Cilt. 45, s. 148-156. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2013.10.001
28. [28] Xie, J., Kayali, O. 2016. Effect of superplasticiser on workability enhancement of Class F and Class C fly ash-based geopolymers, Construction and Building Materials, Cilt. 122, s. 36-42. DOI: 10.1016/ j.conbuildmat.2016.06.067
29. [29] Xu, G., Shi, X. 2018. Characteristics and applications of fly ash as a sustainable construction material: A state-of-the-art review, Resources, Conservation and Recycling, Cilt. 136, s. 95-109. DOI: 10.1016/j.resconrec.2018.04.010
30. [30] Wu, R., Dai, S., Jian, S., Huang, J., Lv, Y., Li, B., Azizbek, N. 2020. Utilization of the circulating fluidized bed combustion ash in autoclaved aerated concrete: Effect of superplasticizer, Construction and Building Materials, Cilt. 237, s. 117644. DOI: 10.1016/ j.conbuildmat.2019.117644
31. [31] Sheng, G., Li, Q., Zhai, J. 2012. Investigation on the hydration of CFBC fly ash, Fuel, Cilt. 98, s. 61-66. DOI: 10.1016/j.fuel.2012.02.008
32. [32] Lee, S.H., Kim, G.S. 2017. Self-cementitious hydration of circulating fluidized bed combustion fly ash, Journal of the Korean Ceramic Society, Cilt. 54(2), s. 128-136. DOI: 10.4191/kcers.2017.54.2.07
33. [33] Shon, C.S., Saylak, D., Zollinger, D.G. 2009. Potential use of stockpiled circulating fluidized bed combustion ashes in manufacturing compressed earth bricks, Construction and Building Materials, Cilt. 23(5), s. 2062-2071. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.08.025
34. [34] Zhang, H., Qiu, K. 1997. The proposed utilization of fluidized bed combustion ash in the production of a special cement. In Proceedings of 14th International Conference on FBC, ASME Vancouver, 2, 699-702.
35. [35] ASTM C 90, Standard Specification for Load-Bearing Concrete Masonry Units. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, 2016.
36. [36] Wistuba, S., Stephan, D., Raudaschl-Sieber, G., Plank, J. 2007. Hydration and hydration products of two-phase Portland cement clinker doped with Na2O, Advances in Cement Research, Cilt. 19(3), s. 125-131. DOI: 10.1680/adcr.2007.19.3.125
37. [37] Chartschenko, I.J., Volke, K., Stark, J. 1993. Untersuchungen über den einfluss des pH-wertes auf die ettringit bildung, Wis-senschaftliche Zeitschrift der Hochschule für Architektur und Bauwesen Weimar, Cilt. 39, s. 171-176.
38. [38] Chartschenko, I.J. 1995. Theoretische grundlagen zur anwendung von quellzementen in der baupraxis, Habilitationsschrift, Weimar.
39. [39] Sahin, M., Mahyar, M., Erdogan, S.T. 2016. Mutual activation of blast furnace slag and a high-calcium fly ash rich in free lime and sulphates, Construction and Building Materials, Cilt. 126, s. 466–475. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.09.064