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

Year 2017, Volume:6 ICOCEE Special Issue, 314 - 325, 27.12.2017

Şakir Erdoğdu , Ufuk Kandil Memduh Nas Şirin Kurbetci , Safa Nayır

https://doi.org/10.17100/nevbiltek.322416

Cited By: 1

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] Neville, A.M., “Properties of Concrete” John Wiley&Sons, New York, 1997
• [2] Hertz K.D., “Concrete strength for fire safety design” Mag. Concr. Res., 57, 445–453, 2005
• [3] Khoury G.A., Majorana C.E., Pesavento F., Schrefler B.A., “Modelling of heated concrete”, Mag. Concr. Res., 54, 77–101, 2002.
• [4] Georgali B., Tsakiridis P.E., “Microstructure of fire-damaged concrete”, Cem. Concr. Comp., 27, 255–259, 2005
• [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] Arioz O., “Effects of elevated temperatures on properties of concrete” Fire Safety J., 42, 516–522, 2007
• [7] Baradan B., Yazıcı H., Ün H., “Beton ve betonarme yapılarda kalıcılık (durabilite)”, İstanbul 2010
• [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] Khoury G.A., Majorana C.E, Pesavento F, Schrefler B.A., “Modelling of heated concrete” Mag. Concr. Res., 54, 77–101, 2002
• [10] Zega C.J., Di Maio A.A., “Recycled concrete exposed to high temperatures” Mag. Concr. Res., 58, 675–682, 2006
• [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] Georgali B., Tsakiridis P.E., “Microstructure of fire-damaged concrete” Cem. Concr. Comp., 27, 255–259, 2005
• [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] 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] 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] 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] TS EN 12390-3 Testing hardened concrete-part 3: compressive strength of test specimens, Ankara, 2010
• [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