Comparative Analysis of Different Set Accelerator Additives to Shotcrete Performance

Year 2023, Volume: 15 Issue: 3, 133 - 142, 31.12.2023

Hasan Polat , Cengiz Özel

https://doi.org/10.29137/umagd.1297157

Abstract

Dayanım, aderans, donma/çözülme ve aşınma direnci özelliklerini iyileştirmek ve geri tepmeyi azaltmak için püskürtme betona çeşitli priz hızlandırıcı katkı maddeleri ve karışımlar eklenir. Priz hızlandırıcılar hem kuru hem de ıslak karışım püskürtme beton uygulamalarında giderek daha fazla kullanılmaktadırlar. Priz hızlandırıcılar, erken yaş dayanımı artırmak, tozu ve geri tepmeyi azaltmak için kuru karışım uygulamalarında yaygın olarak kullanılırken, ıslak karışımda hızlı sertleşme ve erken mukavemet elde etmek için kullanılırlar. Yapılan bu çalışmada ıslak karışım püskürtme betonlarda kullanılan sıvı priz hızlandırıcı katkıların optimum değerleri araştırılmıştır. Priz hızlandırıcı katkı miktarı kullanılan çimento miktarının %0 (kontrol), %2, %4, %6 ve %8 oranlarında kullanılarak püskürtme beton numuneleri üretilmiştir. Üretilen numuneler üzerinde, priz süresi tayini, basınç dayananımı (1gün, 7gün, 28 gün) deneyleri yapılmış ve iç yapı analizleri ile incelenmiştir. Çalışmada çimento olarak CEM I 42,5 R tipi çimento kullanılmış olup, katkı olarak alkali içeren ve içeremeyen iki farklı kimyasal katkı kullanılmış, su/çimento oranı 0,32 olarak sabit tutulmuştur. Yapılan deneyler sonucunda, alkali içeren katkılarda %4’den yüksek, alkali içermeyen katkı türünde ise %8’den yüksek katkı kullanımın uygun olduğu belirlenmiştir. Ayrıca 1 ve 7 günlük basınç dayanımlarında priz hızlandırıcı katkı etkisinin bariz bir şekilde görüldüğü 28 günde ise kontrol betonun basınç dayanımına göre yaklaşık %22 oranında bir azalma meydana geldiği görülmüş olup yapılan içyapı analizleriyle bu durum desteklenmiştir.

Keywords

Sprayed concrete, Accelerator additive, Compressive strength, Setting time determination

Farklı Priz Hızlandırıcı Katkıların Püskürtme Beton Performansına Karşılaştırmalı Analizi

Abstract

Dayanım, aderans, donma/çözülme ve aşınma direnci özelliklerini iyileştirmek ve geri tepmeyi azaltmak için püskürtme betona çeşitli priz hızlandırıcı katkı maddeleri ve karışımlar eklenir. Priz hızlandırıcılar hem kuru hem de ıslak karışım püskürtme beton uygulamalarında giderek daha fazla kullanılmaktadırlar. Priz hızlandırıcılar, erken yaş dayanımı artırmak, tozu ve geri tepmeyi azaltmak için kuru karışım uygulamalarında yaygın olarak kullanılırken, ıslak karışımda hızlı sertleşme ve erken mukavemet elde etmek için kullanılırlar. Yapılan bu çalışmada ıslak karışım püskürtme betonlarda kullanılan sıvı priz hızlandırıcı katkıların optimum değerleri araştırılmıştır. Priz hızlandırıcı katkı miktarı kullanılan çimento miktarının %0 (kontrol), %2, %4, %6 ve %8 oranlarında kullanılarak püskürtme beton numuneleri üretilmiştir. Üretilen numuneler üzerinde, priz süresi tayini, basınç dayananımı (1gün, 7gün, 28 gün) deneyleri yapılmış ve iç yapı analizleri ile incelenmiştir. Çalışmada çimento olarak CEM I 42,5 R tipi çimento kullanılmış olup, katkı olarak alkali içeren ve içeremeyen iki farklı kimyasal katkı kullanılmış, su/çimento oranı 0,32 olarak sabit tutulmuştur. Yapılan deneyler sonucunda, alkali içeren katkılarda %4’den yüksek, alkali içermeyen katkı türünde ise %8’den yüksek katkı kullanımın uygun olduğu belirlenmiştir. Ayrıca 1 ve 7 günlük basınç dayanımlarında priz hızlandırıcı katkı etkisinin bariz bir şekilde görüldüğü 28 günde ise kontrol betonun basınç dayanımına göre yaklaşık %22 oranında bir azalma meydana geldiği görülmüş olup yapılan içyapı analizleriyle bu durum desteklenmiştir.

Keywords

Püskürtme beton, Priz hızlandırıcı katkı, Basınç dayanımı, priz süresi tayini

References

• ACI Committe 506. (1966). Recommended Practice for Shotcrete, American Concrete Institute, Farmington Hills.
• Aïtcin, P. C. (2016). Accelerators. In Science and technology of concrete admixtures (pp. 405-413). Woodhead Publishing.
• ASTM C 597. (1979). Standard Test Method for Pulse Velocity through Concrete.Annual Book of ASTM Standards, Pennsylvania. USA.
• Bernal, S. A., Rodríguez, E. D., Mejía de Gutiérrez, R., & Provis, J. L. (2015). Performance at high temperature of alkali-activated slag pastes produced with silica fume and rice husk ash based activators. Materiales de construcción, 65(318).
• Cengiz., O., Turanli. L. (2004). Comparative evaluation of steel mesh, steel fibre and high-performance polypropylene fibre reinforced shotcrete in panel test. Cement and concrete research, 34(8), 1357-1364.
• Çakıroğlu, M. A., & Terzi S. (2010). Püskürtme betonda yüzey hazırlığının önemi. Uluslararası Teknolojik Bilimler Dergisi, 2(2), 85-92.
• De Belie, N., Grosse, CU, Kurz, J., & Reinhardt, HW (2005). Püskürtme beton için farklı hızlandırıcı katkıların ve çimento türlerinin priz ve sertleşme davranışı üzerindeki etkisinin ultrasonla izlenmesi. Çimento ve Beton Araştırması, 35 (11), 2087-2094.
• Dener, M. (2023). Effect of Ferrochrome Slag Substitution on High Temperature Resistance and Setting Time of Alkali-Activated Slag Mortars. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 1-11.
• Dorn, T., Blask, O., & Stephan, D. (2022). Acceleration of cement hydration–A review of the working mechanisms, effects on setting time, and compressive strength development of accelerating admixtures. Construction and Building Materials, 323, 126554.
• EFNARC, (1999). European Specification for Sprayed Concrete Guidelines, ISBN. 0952248360, p28.
• Galan, I., Baldermann, A., Kusterle, W., Dietzel, M., & Mittermayr, F. (2019). Durability of shotcrete for underground support–Review and update. Construction and Building Materials, 202, 465-493.
• Gomes, C., & Ferreira, O. P. (2005). Analyses of microstructural properties of VA/VeoVA copolymer modified cement pastes. Polímeros, 15, 193-198.
• Hughes, TL, Methven, CM, Jones, TG, Pelham, SE, Fletcher, P., & Hall, C. (1995). Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi ile çimento bileşiminin belirlenmesi. Gelişmiş Çimento Esaslı Malzemeler, 2 (3), 91-104.
• İnce, H. H., Çakıroğlu, M.A., İnce, G., & Öcal, C. (2018). Püskürtme beton üretiminde kullanılan katkı maddeleri, III. Uluslararası mesleki ve teknik bilimler kongresi, 3421- 3428, Gaziantep.
• İnce, H. H., Öcal, C., İnce, G& Çakıroğlu, M.A. (2018). Püskürtme beton uygulama örnekleri, III. Uluslararası mesleki ve teknik bilimler kongresi, 3421- 3428, Gaziantep,
• İnce, H., Öcal, C., Alkan Çakıroğlu, M. & Çelik, S. (2015). Püskürtme Beton Uygulamaları ve Kullanım Alanları. Mehmet Akif Ersoy Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi,6(2),100-10.
• Levent, Y., Kalmış, M., (2014). Püskürtme Beton Uygulamalarında Yaşanan Sorunlar ve Çözümleri, İksa Kurs Notları, İstanbul.
• Maltese, C., Pistolesi, C., Bravo, A., Cella, F., Cerulli, T., & Salvioni, D. (2007). A case history: Effect of moisture on the setting behaviour of a Portland cement reacting with an alkali-free accelerator. Cement and Concrete Research, 37(6), 856-865.
• Melbye, T., 2006, Sprayed Concrete for Rock Support. UGC International. Division of Degussa Construction Chemicals (Switzerland) Ltd. 11th Edition, Switzerland.
• Mollah, M. Y. A., Yu, W., Schennach, R., & Cocke, D. L. (2000). A Fourier transform infrared spectroscopic investigation of the early hydration of Portland cement and the influence of sodium lignosulfonate. Cement and concrete research, 30(2), 267-273.
• Mollah, M. Y., Kesmez, M., & Cocke, D. L. (2004). An X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopic (FT-IR) investigation of the long-term effect on the solidification/stabilization (S/S) of arsenic (V) in Portland cement type-V. Science of the total environment, 325(1-3), 255-262.
• Neville A M, 2011. Properties of concrete, Pearson Education Limited, England.
• Polat, H. & Özel, C. (2023). The Effects of Water/Cement Ratio and Cement Dosage Variables on the Performance of Shotcrete: Compressive Strength and Drying Shrinkage Perspektife. Türk Doğa ve Fen Dergisi, 12 (2), 82-87.
• Rilem Report 10 (1995) “Application of Admixtures in Concrete “State of the art Report, T.C. 84 ACC.
• Silva, D. A. D., Roman, H. R., & Gleize, P. J. P. (2002). Evidences of chemical interaction between EVA and hydrating Portland cement. Cement and concrete research, 32(9), 1383-1390.
• Şahin, Y. İ., & Koçak, Y. (2022). Yüksek Fırın Cürufu İkameli Çimentoların Yapısal ve Mekanik Özelliklerinin Araştırılması. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, 10(2), 802-814.
• TS EN 12390-3. (2010). Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri Bölüm 3: Deney Numunelerinin Basınç Dayanımını Tayini. Türk Standartları Enstitüsü. Ankara
• Varas, M. J., De Buergo, M. A., & Fort, R. (2005). Natural cement as the precursor of Portland cement: Methodology for its identification. Cement and Concrete Research, 35(11), 2055-2065.
• Wang, J., Xie, Y., Zhong, X., & Li, L. (2020). Test and simulation of cement hydration degree for shotcrete with alkaline and alkali-free accelerators. Cement and Concrete Composites, 112, 103684.
• Wang, J., Xie, Y., Zhong, X., & Li, L. (2020). Test and simulation of cement hydration degree for shotcrete with alkaline and alkali-free accelerators. Cement and Concrete Composites, 112, 103684.
• Warner, J. (1995). Understanding Shotcrete--The Fundamentals. Concrete International, 17(5), 59-64.
• Won, J. P., Hwang, U. J., Kim, C. K., & Lee, S. J. (2013). Mechanical performance of shotcrete made with a high-strength cement-based mineral accelerator. Construction and Building Materials, 49, 175-183.
• Yang, R., He, T., Guan, M., Guo, X., Xu, Y., Xu, R. ve Da, Y. (2020). Püskürtme beton için alüminyum sülfat esaslı alkali içermeyen hızlandırıcı katkının hazırlanması ve hızlandırıcı mekanizması. İnşaat ve Yapı Malzemeleri, 234, 117334.
• Yu, P., Kirkpatrick, R. J., Poe, B., McMillan, P. F., & Cong, X. (1999). Structure of calcium silicate hydrate (C‐S‐H): Near‐, Mid‐, and Far‐infrared spectroscopy. Journal of the American Ceramic Society, 82(3), 742-748.
• Yun, K. K., Choi, S., Ha, T., Hossain, M. S., & Han, S. (2020). Comparison of long-term strength development of steel fiber shotcrete with cast concrete based on accelerator type. Materials, 13(24), 5599.
• Zhang, G. Y., Lin, R. S., Wang, Y. S., & Wang, X. Y. (2022). Influence of K+ and CO32− in activator on high-temperature performance of alkali-activated slag-ceramic powder binary blends. Case Studies in Construction Materials, 17, e01306.
• Zhang, G., Yang, H., Ju, C., & Yang, Y. (2020). Novel selection of environment-friendly cementitious materials for winter construction: Alkali-activated slag/Portland cement. Journal of cleaner production, 258, 120592.