Mechanical and Physical Properties of Lightweight Blocks with Expanded Perlite Aggregate

Abstract

Turkey is one of the richest countries with large perlite deposits. When exposed to high temperatures perlite expands and this material with its low density and thermal insulation properties is used in several areas of the civil engineering industry. This study aims to manufacture block with lightweight and thermal insulation properties by using expanded perlite as aggregate. For this purpose, plate specimens were manufactured by using cement and fly ash as binders and expanded perlite aggregate was incorporated by 40%, 50% and 60% by volume and the water to binder ratio was fixed as 0.40. Block specimens with predetermined dimensions were obtained by using a diamond saw and physical and mechanical tests were performed. Test results showed that expanded perlite could be used in block manufacturing, besides cement could be substituted with fly ash by 50% by volume without any significant adverse effect on the physical and mechanical properties of the block and therefore could help obtain low cement containing and more environmentally friendly material. The blocks manufactured within the scope of this work were found to show superior performance especially in terms of water absorption and thermal conductivity values and that could compete with autoclaved aerated concrete.

Keywords

• Perlite,Block,Fly ash,Thermal conductivity,Mechanical properties

MEKANİK VE FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ BAKIMINDAN GENLEŞTİRİLMİŞ PERLİT AGREGALI HAFİF BLOK

Abstract

Türkiye perlit kaynakları açısından oldukça zengin ülkelerden birisidir. Ham perlitin yüksek sıcaklıklarda genleştirilmesi ile elde edilen genleştirilmiş perlit özellikle düşük yoğunluğu ve ısı yalıtım özelliği ile inşaat sektöründe kullanım alanı bulmaktadır. Bu çalışmada genleştirilmiş perlit agregası kullanılarak hafif ve ısı yalıtım özellikli blok üretimi amaçlanmıştır. Bu amaçla bağlayıcı olarak çimento ve uçucu kül kullanılan, su/bağlayıcı oranı 0,40 olan ve perlitin hacimce %40, %50 ve %60 oranında kullanıldığı plak elemanlar üretilmiş, bu elemanlardan uygun boyutlarda kesilerek elde edilen blok numunelerde fiziksel ve mekanik deneyler gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları, perlit agregasının blok üretiminde kullanılabileceğini göstermiş, ayrıca bağlayıcı olarak kullanılan çimentonun hacimce %50 oranında uçucu kül ile ikame edildiğinde bloğun fiziksel ve mekanik performansını önemli ölçüde etkilemediği, daha düşük çimento kullanımı ile daha çevreci bir ürün eldesini sağladığını ortaya koymuştur. Bu çalışma kapsamında üretilen genleştirilmiş perlit agregalı bloğun fiziksel ve mekanik özellikler dikkate alındığında gaz beton ile rekabet edebilecek nitelikte bir ürün olduğu, özellikle su emme ve ısı iletkenlik katsayısı açısından daha üstün performans gösterdiği görülmüştür.

Keywords

• Uçucu kül,Isıl iletkenlik,Perlit,Blok,Mekanik özellikler

References

1. ACI 122R, (2014). Guide to thermal properties of concrete and masonry Systems, Detroit.
2. Bozkurt, N. (2013) The effect of high temperature on concrete containing perlite powder, SDU International Journal of Technologic Sciences, 5(1), 87-93.
3. Celik, A.G., Kilic, A.M. ve Cakal, G.O. (2013) Expanded perlite aggregate characterization for use as a lightweight construction raw material. Physicochemical Problems of Mineral Processing, 49(2), 689-700. doi: 10.5277/ppmp130227
4. Ciullo, P.A. (1996) Industrial Minerals and Their Uses: A Handbook and Formulary, Noyes Publications, NJ, USA.
5. Davraz, M., Koru, M., ve Akdag, A.E. (2015) The effect of physical properties on thermal conductivity of lightweight aggregate, Procedia Earth and Planetary Science, 15, 85-92. doi: 10.1016/j.proeps.2015.08.022
6. Demirboǧa, R., Şahin, R., Bingöl, F. ve Gül, R. (1999) The usability of blast furnace slag in the production of high strength concrete, Proceedings of the Fifth International Symposium on Utilization of High Strength/High Performance Concrete, Norway, 1999, 1083-1091.
7. Demirboğa, R. ve Gül, R. (2003) The effects of expanded perlite aggregate, silica fume and fly ash on the thermal conductivity of lightweight concrete, Cement and Concrete Research, 33, 723-727. doi: 10.1016/S0008-8846(02)01032-3
8. Erdem, T.K., Meral, C., Tokyay, M. Ve Erdogan, T.Y. (2007) Use of perlite as a pozzolanic addition in producing blended cements, Cement & Concrete Composites, 29, 13-21. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2006.07.018

9. Işıkdağ, B. (2015) Characterization of lightweight ferrocement panels containing expanded perlite-based mortar, Construction and Building Materials, 81, 15-23. doi:10.1016/j.conbuildmat.2015.02.009
10. Kramar, D. ve Bindiganavile, V. (2013) Impact response of lightweight mortars containing expanded perlite, Cement & Concrete Composites, 37, 205-214. doi:10.1016/j.cemconcomp.2012.10.004
11. Malhotra, V.M. (2000) Role of supplementary cementing materials in reducing greenhouse gas emissions, Concrete Technology for a Sustainable Development in the 21st Century, E&FN Spon, London. 226-235.
12. Mo, K.H., Lee, H.J., Liu, M.Y.J. ve Ling, T.C. (2018) Incorporation of expanded vermiculite lightweight aggregate in cement mortar, Construction and Building Materials, 179, 302-306. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.05.219
13. Polat, R., Demirboğa, R. ve Khushefati W.H. (2015) Effects of nano and micro size of CaO and MgO, nano-clay and expanded perlite aggregate on the autogenous shrinkage of mortar, Construction and Building Materials, 81, 268-275. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2015.02.032
14. Różycka, A. ve Pichór, W. (2016) Effect of perlite waste addition on the properties of autoclaved aerated concrete, Construction and Building Materials, 120, 65-71. doi:10.1016/j.conbuildmat.2016.05.019
15. Sengul, O., Zaizi, S., Karaosmanogu, F. ve Tasdemir, M.A. (2011) Effect of expanded perlite on the mechanical properties and thermal conductivity of lightweight concrete. Energy and Buildings, 43, 671-676. doi: 10.1016/j.enbuild.2010.11.008
16. Topcu, İ.B. ve Isikdag, B. (2008) Effect of expanded perlite aggregate on the properties of lightweight concrete, Journal of Materials Processing Technology, 204, 34-38. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.10.052
17. Torres, M.L. ve Ruiz, P.A.G. (2009) Lightweight pozzolanic materials used in mortars: Evaluation of their influence on density, mechanical strength and water absorption, Cement & Concrete Composites, 31, 114-119. doi: 10.1016/j.cemconcomp.2008.11.003
18. TS-EN772-1, (2015), Kâgir birimler - Deney yöntemleri – Bölüm 1: Basınç dayanımının tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
19. TS-EN772-6, (2004), Beton kâgir birimlerin eğilmede çekme dayanımının tayini, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
20. TS-EN772-13, (2002), Kagir birimlerin net ve brüt kuru birim hacim kütlelerin tayini (doğal taş hariç), Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
21. TS-EN12664, (2009), Yapı malzemeleri ve mamulleri - Isıl direncin, korumalı tablalı ısıtıcı ve ısı akı ölçerin kullanıldığı metotlarla tayini - Isıl direnci orta ve düşük seviyede olan kuru ve rutubetli mamuller, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
22. TS-EN12667, (2003), Yapı malzemeleri ve mamullerinin ısıl performansı-Mahfazalı sıcak plaka ve ısı akış sayacı metotlarıyla ısıl direncin tayini-Yüksek ve orta ısıl dirençli mamuller, Türk Standartları Enstitüsü, Ankara.
23. Yu, L.H., Ou, H., ve Lee, L.L. (2003) Investigation on pozzolanic effect of perlite powder in concrete, Cement and Concrete Research, 33, 73-76. doi: 10.1016/S0008-8846(02)00924-9