MECHANICAL PROPERTIES OF FLY ASH AND BLAST FURNACE SLAG BASED ALKALI ACTIVATED CONCRETE

Abstract

Cement is one of the commonly used materials in construction projects. In manufacture of Portland cement, clinker, which is the essential component of cement, is ground into smaller particles.  During the formation of clinker, limestone (CaCO₃) is converted to lime (CaO) and carbon dioxide is emitted as a by-product of this chemical reaction.  Cement production is an environmentally hazardous process due to high carbon dioxide emission during clinker production and fossil-fuel consumption in production. Alternative construction materials which are more energy efficient and environmentally friendly can be preferred for sustainability. In order to use alternative materials and production methods, mechanical and physical properties of these materials should be examined thoroughly. In concrete production, strength, durability and workability should be in proper limits as well as considering economical factors. In this study, geopolymeric materials were used as an alternative to conventional concrete, and alkali activated concrete was produced. In this process, no cement was used. Pozzolanic materials such as fly ash and blast furnace slag were activated with alkaline liquids and gained binding property.  In production of geopolymer concrete, pozzolanic materials, aggregates and alkaline activators were used. Mechanical properties of fly ash and blast furnace slag based geopolymer concrete were investigated. Compressive strength of the cubic concrete specimens at the ages of 7 and 28 days was determined and the effect of ambient conditions on geopolymer concrete was examined. As a result, it was found that the increase in the amount of blast furnace slag resulted in higher compressive strength values.

Keywords

• Alkali activated concrete,cement-free concrete,geopolymer,sustainability,waste management

MECHANICAL PROPERTIES OF FLY ASH AND BLAST FURNACE SLAG BASED ALKALI ACTIVATED CONCRETE

Abstract

Çimento, inşaat projelerinde en çok kullanılan yapı malzemelerinden biridir. Portland çimentosunun üretiminde, çimentonun temel bileşenlerinden biri olan klinker öğütülerek daha ince parçacıklar haline getirilir. Klinker oluşumu esnasında kireçtaşı (CaCO₃), kirece (CaO) dönüştürülür ve bu kimyasal reaksiyonun yan ürünü olarak karbondioksit açığa çıkar. Klinker üretimi sırasında açığa çıkan karbondioksitin yanı sıra üretim aşamasında kullanılan fosil yakıtların tüketimiyle de yüksek miktarda karbondioksit salımı gerçekleştiğinden, çimento üretimi çevreye zarar veren bir süreçtir. Sürdürülebilirlik açısından bakıldığında, enerji verimliliği daha fazla ve çevreye dost alternatif yapı malzemeleri tercih edilebilir. Alternatif malzemelerin ve üretim yöntemlerinin kullanılabilmesi için, bu malzemelerin mekanik ve fiziksel özellikleri kapsamlı olarak incelenmelidir. Beton üretiminde dayanım, dayanıklılık ve işlenebilirlik özelliklerinin uygun sınırlarda olması gerekirken ekonomik faktörler de göz önünde bulundurulmalıdır. Bu çalışmada, geleneksel beton üretimine alternatif olarak geopolimer malzemeler kullanılmış ve alkali ile aktive edilmiş beton üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu üretim sırasında çimento kullanılmamıştır. Uçucu kül ve yüksek fırın cürufu gibi puzolanik malzemeler, alkaliler ile aktive edilerek bu malzemelere bağlayıcı özellik kazandırılmıştır. Geopolimer beton üretimi sırasında, puzolanik malzemeler, agregalar ve alkali aktifleştiriciler kullanılmıştır. Üretilen uçucu kül ve yüksek fırın cürufu esaslı geopolimer betonların mekanik özellikleri incelenmiştir. Küp şeklinde dökülmüş beton numunelerin 7 ve 28 günlük basınç dayanımları belirlenmiş ve ortam koşullarının geopolimer beton üzerindeki etkisi gözlenmiştir. Çalışma sonucunda, yüksek fırın cürufu miktarındaki artışın beton basınç dayanımını arttırdığı görülmüştür.

Keywords

• Alkali ile aktive edilmiş beton,çimentosuz beton,geopolimer,sürdürülebilirlik,atık yönetimi

References

1. [1] Davidovits J. (2008). Geopolymer Chemistry and Applications, Saint Quantin, France.
2. [2] Mehta P.K. (2000). Reflections on Recent Advancements in Concrete Technology, Second International Symposium on Cement and Concrete Technology in 2000s, September 6-10, 1, Istanbul, pp. 43-57.
3. [3] Xu H. and Van Deventer J.S.J. (2002). Geopolymerisation of Multiple Minerals, Minerals Engineering, 15 (12), 1131-39.
4. [4] Palomo A., Grutzeck M.W., Blanco M.T. (1999). Alkali-activated fly ashes, a cement for the future, Cement and Concrete Research, 29 (8), 1323-29.
5. [5] Xu H., Van Deventer J.S.J. (2000). The Geopolymerisation of Alumino-Silicate Minerals, International Journal of Mineral Processing, 59 (3), 247-66.
6. [6] Van Jaarsveld J.G.S., Van Deventer J.S.J., Lukey G.C. (2002). The Effect of Composition and Temperature on the Properties of Fly Ash and Kaolinite-based Geopolymers, Chemical Engineering Journal, 89 (1-3), 63-73.
7. [7] Swanepoel J.C., Strydom C.A. (2002). Utilisation of fly ash in a geopolymeric material, Applied Geochemistry, 17 (8), 1143-48.
8. [8] Davidovits J. (2008). They Built the Pyramids, published by Institute Geopolymer, Saint Quentin, France.

9. [9] Sullivan A., Hill R.G. (2001). Inexpensive glass polialkenoate cement based on waste gasifier slag, Proceedings of the European Union Thematic Progress Workshop, Morella.
10. [10] Silverstrim T., Rotsami H., Larralde J.C., Samadi M.H. (1997). Fly ash cementitious material and method of making a product, US Patent 5, 601, 643, USA.
11. [11] Duxson P., Fernandez J.A., Provis J.L., Lukey G.C., Palomo A., Van Deventer J.S.J. (2003). Geopolymer technology: the current state of the art, Journal of Materials Science, 42, 2917-2933.