INVESTIGATION OF PHYSICO-MECHANICAL AND THERMAL PROPERTIES OF LIGHTWEIGHT CONCRETE WITH CALCIUM ALUMINATE CEMENT

Abstract

Calcium aluminate cement shows superior performance, road applications, industrial floor applications, refractory applications requiring high temperature resistance etc. in areas like. In this study, lightweight concrete samples with calcium aluminate cement were produced by using 3 different methods: hydrogen peroxide, hydrogen peroxide +2mm expanded perlite and only foam. Lightweight concrete mixes were poured into 4040160 mm prisma and 6025 mm measure cylindrical molds and cured at 23 C and 90% relative humidity after being removed from the mold. Dry density, bending-compressive strength, capillary water absorption and thermal conductivity tests were conducted on the hardened lightweight concrete samples. In addition, the effects of mixture parameters such as hydrogen peroxide usage ratio, expanded perlite usage ratio on sample physico-mechanical properties were analyzed. According to the findings obtained from the experimental results, the physico-mechanical properties of lightweight concrete samples were compared and the type of sample with optimum properties was determined. As a result, in this study, light concrete samples were produced using by calcium aluminate cement, which has a dry density of 269-348 kg/m3, compressive strength of 245-464 kPa, flexural strength of 155-375 kPa and thermal conductivity of 0.068-0.092 W/mK.

Keywords

• Calcium Aluminate Cement
• Lightweight Concrete
• Physico-Mechanical Properties
• Thermal Conductivity

Project Number

118M091

KALSİYUM ALÜMİNAT ÇİMENTOLU HAFİF BETONUN FİZİKO-MEKANİK VE TERMAL ÖZELLİKLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Abstract

Kalsiyum alüminat çimentosu yol uygulamaları, endüstriyel zemin uygulamaları, yüksek sıcaklık direnci gerektiren refrakter uygulamaları vb. gibi durumlarda üstün performans göstermektedir. Bu çalışmada, hidrojen peroksit, hidrojen peroksit +2mm genleştirilmiş perlit ve yalnızca köpük kullanımıyla olmak üzere, 3 farklı yöntemle kalsiyum alüminat çimentolu hafif beton numuneleri üretilmiştir. Hafif beton karışımları 4040160 mm prizma ve 6025 mm ölçülerinde silindirik kalıplara dökülmüş ve kalıptan çıkarıldıktan sonra 23 C ve % 90 bağıl nemde kürlenmiştir. Sertleşmiş hafif beton numuneleri üzerinde kuru birim hacim kütle, eğilme-basınç dayanımı, kapiler su emme ve ısıl iletkenlik deneyleri yürütülmüştür. Ayrıca hidrojen peroksit kullanım oranı, genleşmiş perlit kullanım oranı vd. karışım parametrelerinin numune fiziko-mekanik özelliklerine etkileri analiz edilmiştir. Deney sonuçlarından elde edilen bulgular ışığında hafif beton numunelerinin fiziko-mekanik özellikleri karşılaştırılmış ve optimum özelliğe sahip numune türü belirlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışma kapsamında kalsiyum alüminat çimentosuyla kuru yoğunluğu: 269-348 kg/m3, basınç dayanımı: 245-464 kPa, eğilme dayanımı: 155-375 kPa ve ısıl iletkenliği 0.068-0.092 W/mK özelliklerine sahip hafif beton numuneleri üretimi gerçekleştirilmiştir.

Keywords

• Kalsiyum Alüminat Çimentosu
• Hafif Beton
• Fiziko-Mekanik Özellikler
• Isıl İletkenlik

Supporting Institution

Tübitak

Project Number

118M091

Thanks

Bu çalışma TÜBİTAK 118M091 nolu TÜBİTAK projesi tarafından desteklenmiştir. Yazarlar TÜBİTAK’a desteklerinden dolayı teşekkür ederler.

References

1. Bizzozero, J., 2014. Hydration and Dimensional Stability of Calcium Aluminate Cement Based Systems. Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL), Ph.D. Thesis, 189p, Lausanne.
2. Çetin, C., Delibaş, T., Kırca, Ö., Yaman, İ., Ö., 2015. Köpük Beton İmalatlarında Kalsiyum Aluminat Çimentosu Kullanımı, 9. Ulusal Beton Kongresi, 16-18 Nisan, Antalya, 163-170.
3. ÇİMSA A. Ş., 2020. ISIDAÇ 40 Calcium Aluminate Cement Building Chemicals Applications. Erişim Tarihi: 15.01.2020.
4. https://www.cimsa.com.tr/ca/docs/4FE58AA58E3A4B7B85FA9E4EE011A8/5D52AAA7A978476984B32DCB0B058D42.pdf.
5. Davraz, M., Kılınçarslan, Ş., Koru, M. Koru, 2015. Farklı Yoğunluktaki Köpük Betonların Dayanım ve Isıl İletkenlik Özellikleri, 9. Ulusal Beton Kongresi, 16-18 Nisan, Antalya, 93-102.
6. Engin, C., 2018. Farklı Tane Boyutlu Genleştirilmiş Perlit Agregası ile Üretilen Ultra Hafif Betonların Fiziksel ve Mekanik Özelliklerinin Belirlenmesi. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 65s, Van.
7. Kan, Y., Pei, K., Cheng, M., 2017. A Study of Fracture Properties of High Alumina Shielding Concrete (HASC). 24th Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, August 20-25, Busan, Division I: 10p.
8. Karaağaç İ., Durmuş G., Uluer O., Aktaş M., Tülü F. A., 2016. Kompozit ısı yalıtım levhalarında ısı iletim katsayısı tespit yaklaşımları. El-Cezeri Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt 3, No 1, s. 133-142.

9. KNOPP Group, 2020. CONTOPP® Foambuilder SFS3. Erişim Tarihi: 15.01.2020. http://www.knopp-hemie.com/main/getfile.php?download_id=349&language=english.
10. Mangabhai, R. J. (Ed.) (1990). Calcium Aluminate Cements. Chapman and Hall, 396p, New York.
11. Ramamurthy, K., Nambiar, E. K., Ranjani, G. I. S., 2009. A Classification of Studies on Properties of Foam Concrete. Cement and Concrete Composites, 31 (6), 388-396.
12. Scrivener, K. L. (2003). Calcium Aluminate Cements. In Newman, J., Choo, B. S. (Eds.), Advanced Concrete Technology Constituent (2/1-2/30), Elsevier Ltd, Oxford.
13. Sucu, M., Delibaş, T., 2015. Kalsiyum Alüminat Çimentosu Bazlı Tamir Betonları. Hazır Beton Dergisi, 131, 88-94.
14. TS EN 1015-10, 2001. Kâgir Harcı-Deney Metotları-Bölüm 10: Sertleşmiş Harcın Boşluklu Kuru Birim Hacim Kütlesinin Tayini. TSE, Ankara.
15. TS EN 1015-11, 2000. Kâgir Harcı-Deney Metotları-Bölüm 11: Sertleşmiş Harcın Basınç ve Eğilme Dayanımının Tayini. TSE, Ankara.
16. TS EN 12664, 2009. Yapı malzemeleri ve mamulleri - Isıl direncin, korumalı tablalı ısıtıcı ve ısı akı ölçerin kullanıldığı metotlarla tayini - Isıl direnci orta ve düşük seviyede olan kuru ve rutubetli mamuller, TSE, Ankara.
17. TS EN 206, 2014. Beton- Özellik, performans, imalat ve uygunluk, TSE, Ankara.
18. TS EN 678, 1995. Gaz ve köpük beton-Kuru yoğunluk tayini, TSE, Ankara.
19. Orcay, E. A., 2010. Hafif Betonların Mekanik Özellikleri ve Isı İletkenlik Katsayıları. İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ), Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 67s, İstanbul.
20. Vilches, J., Ramezani, M., Neitzert, T., 2012. Experimental Investigation of the Fire Resistance of Ultra Lightweight Foam Concrete. International Journal of Advanced Engineering Applications, 1 (4), 15-22.