Investigation of Physical and Mechanical Properties of Rice Husk Ash Replaced Cements

Abstract

It is observed that the use of mineral additives in our country and the world are becoming increasingly widespread due to the positive effect of cement and concrete mortars on mechanical properties. In addition, it has been determined that energy resources are protected and environmental pollution is reduced thanks to the utilization of waste. In this study, the effects of rice husk ash to water demand and volume expansion, setting time, compressive strength of the blended cement were investigated. For this purpose, rice husk ash was added as a replacement for Portland cement (CEM I 42.5 R) in amounts of 0%, 2.5%, 5%, 7.5% and 10% by weight. Afterwards, mechanical, chemical and physical determinations of cement paste and mortar samples were determined by standard cement tests. The obtained data showed differences in setting time and volume expansion value that are depended on physical and chemical structure of the raw materials. Consequently, it is thought that the use of rice husk ash in the cement sector can provide economic and ecological benefits.

Keywords

• Portland cement; rice husk ash; setting time; volume expansion; compressive strength

Project Number

2019.07.05.939

Pirinç Kabuğu Külü İkameli Çimentoların Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması

Abstract

Ülkemizde ve dünyada mineral katkıların kullanımının, çimento ve beton harçlarının mekanik özelliklerine olumlu etkisi nedeniyle giderek yaygınlaştığı izlenmektedir. Bunun yanı sıra, atıkların değerlendirilmesi sayesinde enerji kaynaklarının korunduğu ve çevresel kirliliğin azaldığı tespit edilmiştir. Bu çalışmada, pirinç kabuğu külünün, katkılı çimentoda su ihtiyacı, hacim genleşmesi, priz süresi ve basınç dayanımı değerlerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla pirinç kabuğu külünün, ağırlıkça %0, %2.5, %5, %7.5 ve %10 oranlarında Portland çimento (CEM I 42.5 R) yerine ikame edilmiştir. Daha sonra çimento hamur ve harç örneklerinin standart çimento deneyleriyle mekanik, kimyasal ve fiziksel belirlenmiştir. Elde edilen veriler, kullanılan hammaddelerin fiziksel ve kimyasal yapısına göre su ihtiyacında ve priz sürelerinde farklılıklar meydana geldiğini göstermiştir. Sonuç olarak pirinç kabuğu külünün çimento sektöründe kullanılmasıyla ekonomik ve ekolojik yarar sağlanabileceği düşünülmektedir.

Keywords

• Portland çimento,pirinç kabuğu külü,piriz süresi,genleşme,basınç dayanımı

Supporting Institution

Düzce Üniversitesi

Project Number

2019.07.05.939

Thanks

Yazarlar, çalışmayı destekleyen ve katkı sağlayan Düzce Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projesi Komisyon Başkanlığına (Proje kod numarası: 2019.07.05.939) ve Ankara Baştaş Çimento Fabrikası’na teşekkür ederler.

References

1. [1] Kocak Y., “A Study On The Effect Of Fly Ash And Silica Fume Substituted Cement Paste And Mortars”, Scientific Research And Essays, 2010, 5 (9): 990–998.
2. [2] Okoye F.N., Durgaprasad J., Singh N.B., “Effect Of Silica Fume On The Mechanical Properties Of Fly Ash Based–Geopolymer Concrete”, Ceramics International, 2016, 42: 3000–3006.
3. [3] Dorum A., Koçak Y., Yılmaz B.., Uçar A., “Yüksek Fırın Cürufunun Çimento Yüzey Özelliklerine Ve Hidratasyona Etkileri”, Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 2009, 19: 47–58.
4. [4] Zhao H., Sun W., Wu X., Gao Bo., “The Properties Of The Self–Compacting Concrete With Fly Ash And Ground Granulated Blast Furnace Slag Mineral Admixtures”, Journal Of Cleaner Production, 2015, 95: 66–74.
5. [5] Zhengqi L., “Drying Shrinkage Prediction Of Paste Containing Meta–Kaolin And Ultrafine Fly Ash For Developing Ultra–High Performance Concrete”, Materials Today Communications, 2016, 6: 74–80.
6. [6] Kocak Y., Nas S., “The Effect Of Using Fly Ash On The Strength And Hydration Characteristics Of Blended Cements”, Construction And Building Materials, 2014, 73: 25–32.
7. [7] Koçak Y., Dorum A., Yılmaz B., Uçar A., “Trasın Çimento Yüzey Özelliğine, Hidratasyona Ve Basınç Dayanımına Etkisi”, E–Journal Of New World Sciences Academy Technological Applied Sciences, 2010, 5 (1): 1–14.
8. [8] Kocak Y., Tascı E., Kaya, U., “The Effect Of Using Natural Zeolite On The Properties And Hydration Characteristics Of Blended Cements”, Construction And Building Materials, 2013, 47: 720–727.

9. [9] Yıldız K., Dorum A., Koçak Y., “Pomza Zeolit Ve Cem I Çimentosunun Minerolojik Moleküler Elektrokinetik Ve Termal Uyumunun Yüksek Dayanımlı Betona Etkisinin Araştırılması”, Journal Of The Faculty Of Engineering And Architecture Of Gazi University, 2010, 25 (4): 867–879.
10. [10] Subaşı A., Emiroğlu M., “Effect Of Metakaolin Substitution On Physical, Mechanical And Hydration Process Of White Portland Cement”, Construction And Building Materials, 2015, 95: 257–268.
11. [11] Keleştemur O., Demirel B., “Effect Of Metakaolin On The Corrosion Resistance Of Structural Lightweight Concrete”, Construction And Building Materials, 2015, 81: 172–178.
12. [12] Siddique R., Kadri E-H., “Effect Of Metakaolin And Foundry Sand On The Near Surface Characteristics Of Concrete”, Construction And Building Materials, 2011, 25: 3257–3266.
13. [13] Yılmaz B., Ediz N., “The Use Of Raw And Calcined Diatomite İn Cement Production”, Cement & Concrete Composites, 2008, 30: 202–211.
14. [14] Gerengi H., Kocak Y., Jażdżewska A., Kurtay M., Durgun H., “Electrochemical İnvestigations On The Corrosion Behaviour Of Reinforcing Steel In Diatomite– And Zeolite–Containing Concrete Exposed To Sulphuric Acid”, Construction And Building Materials, 2013, 49: 471–477.
15. [15] Yılmaz B., Ediz N., Bentli İ., “Kütahya-Alayunt Bölgesi Killi Diyatomitlerin Çimento Üretiminde Kullanilabilirliğinin Araştirilmasi” Dumlupınar Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2006, 12: 313-317.
16. [16] Zhu H., Liang G., Zhang Z., Wu Q., Du J., "Partial replacement of metakaolin with thermally treated rice husk ash in metakaolin-based geopolymer" Construction and Building Materials, 2019, 221: 527-538.
17. [17] Zhu H., Liang G., Xu J., Wu Q., Zhai M., "Influence of rice husk ash on the waterproof properties of ultrafine fly ash based geopolymer" Construction and Building Materials, 2019, 208: 394-401.
18. [18] Torres-Carrasco M., Reinosa J. J., de la Rubia M. A., Reyes E., Peralta F. A., Fernández J. F., "Critical aspects in the handling of reactive silica in cementitious materials: Effectiveness of rice husk ash vs nano-silica in mortar dosage" Construction and Building Materials, 2019, 223: 360-367.
19. [19] Wen N., Zhao Y., Yu Z., Liu M., "A sludge and modified rice husk ash-based geopolymer: synthesis and characterization analysis" Journal of Cleaner Production, 2019, 226: 805-814.
20. [20] Kang S. H., Hong S. G., & Moon J., "The use of rice husk ash as reactive filler in ultra-high performance concrete" Cement and Concrete Research, 2019, 115: 389-400.
21. [21] Darsanasiri A. G. N. D., Matalkah F., Ramli S., Al-Jalode K., Balachandra A., Soroushian P., "Ternary alkali aluminosilicate cement based on rice husk ash, slag and coal fly ash" Journal of Building Engineering, 2018, 19: 36-41.
22. [22] Yıldız S., Balaydın İ., Ulucan Ç., “Pirinç Kabuğu Külünün Beton Dayanımına Etkisi”, Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2007, 19 (1): 85-91.
23. [23] Givi A.N., Rashid S.A., Aziz F.N.A., Salleh M.A.M., “Contribution of Rice Husk Ash to the Properties of Mortar and Concrete: A Review”, Journal of American Science, 2010, 6 (3): 157-165.
24. [24] Erdoğan S., Erdoğan T., “Puzolanik Mineral Katkılar Ve Tarihi Geçmişleri”, 2.Yapılarda Kimyasal Katkılar Sempozyumu, Ankara, Türkiye, 264-329, 2007.
25. [25] İşbilir B., “Pirinç Kabuğu Külü İkameli Çimento Numunelerinin Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi”, Yüksek Lisans Tezi, Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Düzce, 2012.
26. [26] Hwang C. L., Chandra S., “Waste Materials Used in Concrete Manufacturing”, Noyes Publications, New Jersey, U.S.A., (1996).
27. [27] Hwang C. L., Wu D. S., “Properties of Cement Paste Containing Rice Husk Ash”, American Concrete Institute , 1989, 114: 733-762.
28. [28] TS EN-197-1, “Çimento-Bölüm 1: Genel çimentolar-Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri”, (2012).
29. [29] TS EN-196-1, “Çimento deney metodları-Bölüm 1: Dayanım tayini”, (2009).
30. [30] TS EN-196-3, “Çimento deney metodları-Bölüm 3: Priz süresi ve genleşme tayini”, (2010).