Investigation of the effect of using waste vermiculite in concrete on the mineralogical and chemical structure of concrete

Year 2022, , 848 - 863, 15.07.2022

Merve Kalem , Fatma Nur Harmancı

https://doi.org/10.17714/gumusfenbil.1092800

Cited By: 1

Abstract

Today, new approaches are emerging regarding the recycling of waste materials and their use in building materials. With the reuse of these wastes, important environmental problems are avoided and the raw materials to be used in the production of building materials are also saved. From this point of view, within the scope of this study, it is aimed to evaluate the waste vermiculite mine, which is an important environmental problem and has not yet found an evaluation area, instead of aggregate in the concrete. In this context, the characterization of waste vermiculite (AVK) replaced with fine aggregate and the chemical and mineralogical compositions of the obtained concrete samples were revealed by SEM-EDS, FTIR and XRD analyzes, and the chemical and mineralogical changes in the structure of the concrete were associated with the compressive strength of the concrete. According to the results obtained, the decrease in the compressive strength of the concrete with the increase of the waste vermiculite dose and the bound functional O-H groups seen in the chemical structure of the concrete show that the concrete mixture needs extra water. However, as a result of the obtained results, it has been shown that concrete containing low doses of waste vermiculite can be used in structural areas where the compressive strength is not important.

Keywords

Aggregate, Waste vermiculite, Concrete, FTIR, SEM-EDS, XRD

Betonda atık vermikülit kullanımının betonun mineralojik ve kimyasal yapısına olan etkisinin incelenmesi

Abstract

Günümüzde atık maddelerin geri kazanılarak yapı malzemeleri içerisinde kullanımı ile ilgili yeni yaklaşımlar meydana gelmektedir. Bu atıkların yeniden kullanımı ile önemli çevresel problemlerin önüne geçilmekle birlikte yapı malzemelerinin üretiminde kullanılacak ham maddelerden de tasarruf edilmektedir. Buradan hareketle bu çalışma kapsamında önemli bir çevresel sorun olan ve henüz bir değerlendirme alanı bulamamış olan atık vermikülit madeninin beton içerisinde agrega yerine değerlendirilmesi hedeflenmiştir. Bu kapsamda ince agrega ile yer değiştirilen atık vermikülitin (AVK) karakterizasyonu ve elde edilen beton örneklerinin kimyasal ve mineralojik bileşimleri SEM-EDS, FTIR ve XRD analizleri ile ortaya koyularak betonun yapısında meydana gelen kimyasal ve mineralojik değişimler betonun basınç dayanımı ile ilişkilendirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre atık vermikülit dozunun artışı ile birlikte beton basınç dayanımında meydana gelen düşüşler ve betonun kimyasal yapısında görülen bağlanmış fonksiyonel O-H grupları, beton karışımının fazladan su ihtiyacı olduğunu göstermektedir. Ancak elde edilen sonuçlar neticesinde düşük dozlarda atık vermikülit içeren betonların basınç dayanımının önemli olmadığı yapısal alanlarda da kullanılabilir olduğu görülmüştür.

Keywords

Agrega, Atık vermikülit, Beton, FTIR, SEM-EDS, XRD

References

• Bosch Reig, F., Gimeno Adelantado, J. V., & Moya Moreno, M. C. M. (2002). FTIR quantitative analysis of calcium carbonate (calcite) and silica (quartz) mixtures using the constant ratio method application to geological samples, Talanta, 58, 811-821. https://doi.org/10.1016/S0039-9140(02)00372-7
• Çoşar, K. (2020). Yüksek sıcaklığın genleştirilmiş vermikülit kullanılarak üretilen çimento esaslı hafif harçların özelliklerine etkisi. [Yüksek Lisans Tezi, Yozgat Bozok Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• DPT (2001).Madencilik özel ihtisas komisyonu raporu endüstriyel hammaddeler alt komisyonu yapı malzemeleri III. Pomza-Perlit-Vermikülit-Flogopit-Genleşen Killer Çalışma Grubu Raporu, Devlet Planlama Teşkilatı, 2617, Ankara, 57-68.
• Duman, O., & Tunç, S. (2008). Electrokinetic properties of vermiculite and expanded vermiculite: effects of pH, clay concentration and mono and multivalent electrolytes, Separation Science and Technology, 0149, 3755-3776. https://doi.org/10.1080/01496390802219109
• Köksal, 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. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.04.021
• Köksal, F., Serreno-Lopez, M., Şahin, M., Gencel, O., & López-Colina Perez, C. (2014). Combined effect of steel fibre and expanded vermiculite on properties of lightweight mortar at elevated temperatures, Materials and Structures, 48 (7), 2083-2092. https://doi.org/10.1617/s11527-014-0294-7
• Loughbrough, R. (1991). Minerals in Lightweight Insulation, Industrial Minerals, October, 21-35.
• Marcos, C., & Rodriguez, I. (2011). Expansibility of vermiculites irradiated with microwaves, Applied Clay Science, 51 (1-2), 33-37. https://doi.org/10.1016/j.clay.2010.10.019
• Mo, K. H., Lee, H. J., Liu, M. Y. J., & Ling, T. C. (2018). Incorporation of expanded vermiculite lightweight aggregate in cement mortar, Construction and Building Materials, 179, 302-306. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.219
• Naveenkumar, K., Suriya P. A., Divahar, R., Sangeetha, S.P., & Jayakumar, M. (2021). Experimental investigation flexural behavior of reinforced concrete beam with partial replacement of vermiculite, Meterials Today: Proceedings, 46 (12), 5885-5888. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.02.743
• Strand, P.R., (1983). Vermiculite, Industrial Minerals And Rocks, AIME, 1375-81.
• Şahin, M. (2011). Genleştirilmiş vermikülit kullanılarak üretilen çelik tel takviyeli-çimento esaslı kompozitlerin yüksek sıcaklık dirençleri. [Yüksek Lisans Tezi, Yozgat Bozok Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].
• Toksoy Köksal, F. (1997). Vermikülit mineraloji jeolojik oluşum endüstriyel kullanım ve Türkiye’deki durumu, 2. Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir, 123-139.
• Türeyen, A.C. (2019).Genleştirilmiş vermikülit kullanılarak üretilen köpük betonların fiziksel ve mekanik özellikleri. [Yüksek Lisans Tezi, Yozgat Bozok Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü].