Investigation of Fresh Concrete and Mechanical Properties of Self-Compacting Concrete with Waste Zinc Slag Admixture

Year 2023, Volume: 11 Issue: 2, 518 - 529, 01.06.2023

Türkay Kotan Metehan Ardahanlı Ömer Furkan Özbey

https://doi.org/10.36306/konjes.1174194

Abstract

Self-compacting concrete (SCC) is a special type of concrete that has high workability, does not require vibration and can easily settle in molds where reinforcement density is high. The use of SCCs is becoming more and more widespread in our day, and many studies are being carried out to reduce the cost, especially by reducing the high cement dosage used in this type of concrete. The use of waste products instead of the part of cement, which is the most costly component of concrete, is at the forefront of these studies. In this study, the waste zinc slag powder was used instead of cement at a rate of 5, 7.5 and 10% by weight, and the properties of fresh concrete and compressive strength results at the end of 7 and 28-days of standard curing of the produced SCCs were investigated. As fresh concrete experiments; slump-flow test, V-funnel test, L-box test and U-box test were performed. When the results were examined, it was seen that waste zinc slag powder could improve the fresh concrete properties of SCC, and it was determined that SCC concretes produced by using this material had high strength and compressive strength equivalent to control concrete.

Keywords

Self-compacting Concrete, Waste Zinc Slag, Fresh Concrete Properties, Compressive Strength

Atık Çinko Cüruf Tozu Katkılı Kendiliğinden Yerleşen Betonların Taze Beton ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Kendiliğinden yerleşen betonlar (KYB) yüksek işlenebilirliğe sahip, vibrasyon işlemi gerektirmeyen ve donatı sıklığının fazla olduğu kalıplarda kolayca yerleşebilen bir özel beton türüdür. KYB’lerin kullanımı güzümüzde gittikçe yaygınlaşmakta olup özellikle bu tür betonlarda kullanılan yüksek çimento dozajını azaltarak maliyeti düşürmek için birçok çalışma yapılmaktadır. Betonun en yüksek maliyetli bileşeni olan çimentonun bir kısmının yerine atık ürünler kullanılması bu çalışmaların başında gelmektedir. Bu çalışmada, atık çinko cüruf tozu çimentonun yerine ağırlıkça %5, 7.5 ve 10 oranında kullanılmış olup, üretilen KYB’lerin taze beton özellikleri ile 7 ve 28 gün standart kür sonunda basınç dayanımı sonuçları incelenmiştir. Taze beton deneyleri olarak; yayılma deneyi, V-hunisi deneyi, L-kutusu deneyi ve U-kutusu deneyi gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, atık çinko cüruf tozunun KYB taze beton özelliklerini iyileştirebildiği görülmüş olup, bu malzemenin kullanılması ile üretilen KYB betonlarının yüksek dayanıma ve kontrol betonuna eş değer basınç dayanımına sahip olduğu belirlenmiştir.

Keywords

Kendiliğinden yerleşen beton, Atık çinko cürufu, Taze beton özellikleri, Basınç dayanımı

References

• [1] H. Okamura, and M. Ouchi, “Self-compacting concrete,”J Adv Concrete Tech, vol. 1, no. 1, pp. 5-15, 2003.
• [2] N. Su, K. C. Hsu, and H. W. Chai, “A simple mix design method for self-compacting concrete,” Cement and Concrete Research, vol. 31, no. 12, pp. 1799-1807, 2001.
• [3] İ. B. Topçu, T. Uygunoğlu, ve O. Ünal, , “Kendiliğinden yerleşen betonda mineral katkıların taze beton özeliklerine etkilerinin araştırılması,” Yapıda Kimyasal Katkılar Sempozyumu, 2007, ss. 181-193.
• [4] M. Ardahanlı, and M. Oltulu, “Investigation of pozzolanic activity ındexes of pasinler obsidian and zinc slag,” Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, vol. 11, no. 2, pp. 507-521, 2021.
• [5] R. Gaimster, and N. Dixon, “Self-compacting concrete,” in Advanced Concrete Technology, vol. 4, pp. 1–23, 2003.
• [6] V. Bonavetti, H. Donza, G. Menindez, O. Cabrera, and E. F. Irassar, “Limestone filler cement in low w/c concrete: a rational use of energy,” Cement and Concrete Research, vol. 33, no. 6, pp. 865–871, 2003.
• [7] Y. Zhao, “Study on fracture properties of self-compacting concrete using wedge splitting test,” 1st International Symposium on Design, Performance and Use of Self-Consolidating Concrete, 2005, pp. 421-428.
• [8] R. A. Sağlam, N. Parlak, A. Ü. Doğan, ve M. H. Özkul, “Kendiliğinden yerleşen betonda çimento katkı uyumu,” 6.Ulusal Beton Kongresi, 2005, ss. 213-224.
• [9] A. Benli, ve M. Karatas, “Uçucu kül ve silis dumanı ikameli üçlü karışımlardan üretilen kendiliğinden yerleşen harçların durabilite ve dayanım özellikleri,” DÜMF Mühendislik Dergisi, cilt. 10, ss. 335-345, 2019.
• [10] M. Ardahanlı, M. Oltulu, and I. Alameri, “Evaluation of the mechanical properties of self-compacting concrete containing fly ash subjected to early-age temperature,” Hoca Ahmet Yesevi 2. Uluslararası Bilimsel Araştırmalar Kongresi, 2019.
• [11] E. H. Yücel, “Uçucu kül yerine kullanılan atık cam tozunun kendiliğinden yerleşen betonların taze, mekanik ve durabilite özellikleri üzerine etkisi,” Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, cilt. 33, sayı. 2, ss. 153-164, 2018.
• [12] V. Kannan, “Strength and durability performance of self compacting concrete containing self-combusted rice husk ash and metakaolin,” Const and Building Mat, vol. 160, pp. 169-179, 2018.
• [13] A. Beycioglu, and A. H. Yılmaz, “Effect of artificial pozzolans on capilarity and compressive strength of self compacting concretes,” Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, vol. 2, pp. 352-361, 2014.
• [14] E. Karaüç, “Uçucu kül ve zeolitin kendiliğinden yerleşen betonlara etkileri,” Yüksek Lisans tezi, Sakarya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2008.
• [15] M. Karataş, ve Ç. Z. Ulucan, “F sınıfı uçucu kül içeren kendiliğinden sıkışan betonda karışım süresinin işlenebilirliğe etkisi,” Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 2007.
• [16] A. F. Bingöl, ve İ. Tohumcu, “Silis dumanı ve uçucu kül katkılı kendiliğinden yerleşen betonların taze beton özellikleri ve basınç dayanımları,” Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, cilt. 15, sayı. 43, ss. 31-44, 2013.
• [17] N. Bouzoubaâ, and M. Lachemi, “Self-compacting concrete incorporating high volumes of class f fly ash: preliminary results,” Cement and Concrete Research, vol. 31, pp. 413-420, 2001.
• [18] H. Mohamed, “Effect of fly ash and silica fume on compressive strength of self-compacting concrete under different curing conditions,” Ain Shams Engineering Journal, vol. 2, no. 2, pp. 79-86, 2011.
• [19] B. Naik, A. N. Chaubey, S. M. Mustakim, S. Paul, A. Baura, and S. Jeet, “Synthesis and characterization of ladle furnace slag on the mechanical properties of self-compacting concrete,” Materials today Proceedıngs, vol. 74, pp. 673-680, 2023.
• [20] Y. Li, j. Li, C. Li, A. Chen, T. Bai, S. Tang, S. Wu, Y. Gao, H. Zhu, and J. Feng, ”Strength formation mechanism and performance of steel slag self-compacting epoxy resin concrete,” Construction and Building Materials, Vol. 359, pp. 1-16, 2022.
• [21] B. K. Chaitanya, and I. Sivakumar, “Influence of waste copper slag on flexural strength properties of self compacting concrete,” Materials today Proceedıngs, vol. 42, pp. 671-676, 2021.
• [22] N. Gupta, and R. Siddique, “Strength and micro-structural properties of self-compacting concrete incorporating copper slag,” Construction and Building Materials, vol. 224, pp. 894-908, 2019.
• [23] Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü Kurumu, 2019.
• [24] S. Mosavinezhad, and S. Nabavi, “Effect of 30% Ground granulated blast furnace, lead and zinc slags as sand replacements on the strength of concrete,” KSCE Journal of Civil Engineering, vol. 16, pp. 989-993, 2012.
• [25] M. Alweli, “Application of granulated lead–zinc slag in concrete as an opportunity to save natural resources,” Radiation Physics and Chemistry, vol. 83, pp. 54-60, 2013.
• [26] M. Alweli, “Investigation of gamma radiation shielding and compressive strength properties of concrete containing scale and granulated lead-zinc slag wastes,” Journal of Cleaner Production, vol. 166, pp. 157-162, 2017.
• [27] Z. Öztürk, M. Bağiran, B. Sağlar, L. Arslan, ve Ş. Aycan, “Agrega olarak çinko madeni cürufu kullanımının beton basınç dayanımına etkisi,” International Journal of Engineering Research and Development, cilt. 10 sayı. 2, ss. 144-152, 2018.
• [28] İ. Aslan, M. Oltulu, and C. Karakurt, “Investigation of the waste zinc slag on the workability and mechanical properties of cement based mortars,” 3rd International Conference on Advanced Engineering Technologies, 2019.
• [29] M. Ardahanlı, M. Oltulu, and I. Alameri, “Uçucu küllü kendiliğinden yerleşen betonun özellikleri üzerine ön ısıtmanın etkisi,” Black Sea Journal of Engineering and Science, vol. 4, no. 3, pp. 81-88, 2021.
• [30] Anonim, “TS EN 12350-8-Beton-Taze beton deneyleri - Bölüm 8: Kendiliğinden yerleşerek sıkışan beton - Çökme yayılma deneyi,” 2019.
• [31] Anonim, “TS EN 12350-9-Beton-Taze beton deneyleri - Bölüm 9: Kendiliğinden yerleşen beton - V hunisi deneyi,” 2011.
• [32] Anonim, “TS EN 12350-10-Beton-Taze beton deneyleri - Bölüm 10: Kendiliğinden yerleşen beton - L kutusu deneyi,” 2011.
• [33] Anonim, “TS EN 12390-3-Beton-Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayini,” 2019.
• [34] EFNARC, “The european guidelines for self-compacting concrete,” 2005.
• [35] I. Alameri, M. Oltulu, and M. Ardahanlı, “Influence of preheating on the mechanical properties of high strength concrete with micro silica filler,” Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, vol. 7, no. 2, pp. 1084-1093, 2020.