Ultrasonic Pulse Velocity and Compressive Strength Evaluation of Concrete Containing Fly Ash Exposed to High Temperatures

Abstract

Concrete is frequently subjected to various adverse environmental effects throughout its service life such as fire and high temperature.  Although the resistance of concrete against fire is superior to many other construction materials up to a certain temperature, its performance starts to decrease at temperatures above 400^oC. Serious physical and mechanical damage starts to take place particularly above 400^oC and the performance of concrete decreases due to such impacts.

Fly ash is an artificial pozzolanic material that can be used as a mineral additive in making concrete. Fly ash has on the one hand a beneficial effect on the performance of the concrete and allows economy by saving cement on the other hand as it is a waste product of thermal power plants.

In this study, the compressive strength and ultrasonic pulse velocities of concrete containing fly ash subjected to high temperatures was investigated. The measurements were taken at the end of 28 days of standard curing and 28 days of standard curing plus 90 days of air curing in a laboratory condition. Concretes of 300 kg/m³ were produced and fly ash was replaced with cement at ratios of 20%, 30% and 40% by weight of cement. The ultrasonic and compressive strengths measurements were taken on 100 mm cubes. The temperatures applied to concrete were 200^oC, 400^oC, 600^oC, and 800^oC, respectively.

It has been found that fly ash substitution does not have a beneficial effect on concrete subjected to high temperature both in ultrasonic pulse velocity and compressive strength.

Keywords

• High temperature,fly ash,ultrasonic pulse velocity,compressive strength

Yüksek Sıcaklığa Maruz Uçucu Kül İçeren Betonun Ultrases Geçiş Hızı ve Basınç Dayanımının Değerlendirilmesi

Abstract

Beton servis ömrü boyunca yangın ve yüksek sıcaklık ve benzeri çeşitli olumsuz çevresel etkilere maruz kalır. Betonun yangına karşı direnci belirli bir sıcaklığa kadar diğer birçok yapı malzemesinden daha üstündür. 400^oC`nin üzerindeki sıcaklıklarda ciddi fiziksel ve mekanik hasarlar oluşmaya başlar ve bu etkiler nedeniyle betonun performansı düşer.

Uçucu kül beton üretiminde mineral katkı olarak kullanılan yapay puzolanik bir malzemedir. Uçucu kül kullanımı betonun performansı üzerinde olumlu bir etki oluştururken termik santrallerin atık bir ürünü olduğu için betonda kullanılması ekonomik ve çevrecidir.

Bu çalışmada, yüksek sıcaklığa maruz kalmış uçucu kül içeren betonun basınç dayanımı ve ultrases geçiş hızı araştırılmıştır. Ölçümler 28 gün standart kür ve 28 gün standart kür ve ardından 90 gün laboratuvar ortamında kür edilmesi sonunda gerçekleştirilmiştir. Betonlar 300 kg/m³ bağlayıcı dozajında ve uçucu kül çimento ile ağırlıkça %20, %30 ve %40 oranlarında ikame edilerek üretilmiştir. Ultrases ve basınç dayanımı deneyleri 100 mm küp numuneler üzerinde gerçekleştirilmiştir. Uygulanan sıcaklıklar sırasıyla 200^oC, 400^oC, 600^oC ve 800^oC’dir.

Uçucu kül ikamesinin yüksek sıcaklığa maruz betonun hem ultrases geçiş hızı hem de basınç dayanımına olumlu bir etki sağlamadığı görülmüştür.

Keywords

• Yüksek sıcaklık,uçucu kül,ultrases geçiş hızı,basınç dayanımı

References

1. [1] Neville, A.M., “Properties of Concrete” John Wiley&Sons, New York, 1997
2. [2] Hertz K.D., “Concrete strength for fire safety design” Mag. Concr. Res., 57, 445–453, 2005
3. [3] Khoury G.A., Majorana C.E., Pesavento F., Schrefler B.A., “Modelling of heated concrete”, Mag. Concr. Res., 54, 77–101, 2002.
4. [4] Georgali B., Tsakiridis P.E., “Microstructure of fire-damaged concrete”, Cem. Concr. Comp., 27, 255–259, 2005
5. [5] Demirel B., Kelestemur O., “Effect of elevated temperature on the mechanical properties of concrete produced with finely ground pumice and silica füme” Fire Safety J., 45, 385–391, 2010
6. [6] Arioz O., “Effects of elevated temperatures on properties of concrete” Fire Safety J., 42, 516–522, 2007
7. [7] Baradan B., Yazıcı H., Ün H., “Beton ve betonarme yapılarda kalıcılık (durabilite)”, İstanbul 2010
8. [8] Feldman R.F., Ramachandran V.S., “Differentiation of interlayer and adsorbed water in hydrated portland cement on thermal analysis” Cem. Concr. Res. 1, 607–620, 1971

9. [9] Khoury G.A., Majorana C.E, Pesavento F, Schrefler B.A., “Modelling of heated concrete” Mag. Concr. Res., 54, 77–101, 2002
10. [10] Zega C.J., Di Maio A.A., “Recycled concrete exposed to high temperatures” Mag. Concr. Res., 58, 675–682, 2006
11. [11] Yuzer N., F. Akoz F., Öztürk L.D., “Compressive strength–color change relation in mortars at high temperature” Cem. Concr. Res., 34, 1803–1807, 2004
12. [12] Georgali B., Tsakiridis P.E., “Microstructure of fire-damaged concrete” Cem. Concr. Comp., 27, 255–259, 2005
13. [13] Vydra V., Vodak F., Kapickova O., Hoskova S., “Effect of temperature on porosity of concrete for nuclear-safety structures” Cem. Concr. Res. 31, 1023–1026, 2001
14. [14] Masse S., Vetter G., Boch P., Haehnel C., “Elastic modulus changes in cementious materials submitted to thermal treatments up to 1000 oC” Adv. Cem. Res. 14, 169–177, 2002
15. [15] Ergün A., Kürklü G., Başpınar M.S., Mansour M.Y., “The effect of cement dosage on mechanical properties of concrete exposed to high temperatures” Fire Safety J. 55, 160-167, 2013
16. [16] IS 13311 Part I Standard code of practice for non-destructive testing of concrete: part 1-ultrasonic pulse velocity bureau of indian standards, New Delhi, 1992
17. [17] TS EN 12390-3 Testing hardened concrete-part 3: compressive strength of test specimens, Ankara, 2010
18. [18] Rao S.K., Sravana P., Rao T.C., “Experimental studies in ultrasonic pulse velocity of roller compacted concrete pavement containing fly ash and m-sand”, Pav. Res. And Tech. 9, 289–301, 2016