The Effect of Sodium Chloride on Concretes Containing Milled Colemanite

Abstract

In this study, concrete mixtures were prepared by substituting milled colemanite mineral with cement in the ratio of 0% (Reference), 1%, 2%, 3%, 4% and 5%. The concrete mixtures are placed in 150 x 150 x 150 mm cube molds. Hardened concrete samples were cured in water for 28 days and then exposed to sodium chloride (NaCl) solution until day 90. In addition, the control concrete samples produced with the same characteristics were kept in the water cure until the 90th day. Schmidt hammer, ultrasonic pulse velocity and compressive strength tests were performed on concrete samples exposed to control and NaCl solution. The losses occuring by the effect of NaCl solution of concrete samples were calculated. As a result, it was found that the strength of the sample with 5% colemanite decreased compared to the sample without colemanite, but the strengthes of samples with up to 4% colemanite increased. As a result of cured to NaCl solution, the highest compressive strength and minimum compressive strength losses were determined to belong to the sample with 3% colemanite.

Keywords

• Colemanite,Concrete,Sodium chloride

Öğütülmüş Kolemanit İçeren Betonlarda Sodyum Klorür Etkisi

Abstract

Bu çalışmada, %0 (Referans), %1, %2, %3, %4 ve %5 oranlarında öğütülmüş kolemanit minerali çimento ile ikame edilerek beton karışımları hazırlanmıştır. Beton karışımlar 150 x 150 x 150 mm boyutlu küp kalıplara yerleştirilmiştir. Sertleşmiş beton numuneler 28 gün suda kür edilerek, sonrasında 90. güne kadar sodyum klorür (NaCI) çözeltisine maruz bırakılmıştır. Ayrıca aynı özelliklerde üretilen kontrol beton örnekleri ise 90. güne kadar su küründe bekletilmiştir. Kontrol ve NaCI çözeltisine maruz bırakılmış beton numuneler üzerinde Schmidt çekici, ultrases geçiş hızı ve basınç dayanımı deneyleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen deneyler üzerinden beton numunelerin NaCI çözeltisinin etkisi ile meydana gelen kayıplar hesaplanmıştır Sonuç olarak, çimentoya ikame edilen %5 kolemanit ikameli numunenin, kolemanit içermeyen numuneye göre basınç dayanımını azalttığı, ancak %4’ kadar ikame oranlarında ise dayanımı arttırdığı tespit edilmiştir. NaCI çözeltisi kürü sonucunda, en yüksek basınç dayanımı ve en az basınç dayanımı kaybının %3 kolemanit ikameli beton karışımına ait olduğu tespit edilmiştir.

Keywords

• Kolemanit,Beton,Sodyum klorür,Dayanım,Durabilite

References

1. [1] G. Durmuş, İ. Bekem, “Yüksek sıcaklığın ve farklı soğutma koşulunun kalker agregalı betonlar üzerindeki etkilerinin araştırılması,” Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 25, s. 4, ss. 741-748, 2010.
2. [2] H. Yalçın, M. Gürü, Çimento ve Beton, Ankara, Türkiye: Palme Yayıncılık, 2006, böl. 8, ss. 201-234.
3. [3] I. Bekem Kara, M. Arslan, “Investigation of high temperature effects on concrete additive antifreeze,” Aksaray University Journal of Science and Engineering, c. 2, s. 1, ss. 1-12, 2018.
4. [4] E. Ağar, S. Kutluhan, “Karayollarında kış bakımı - kar ve buz kontrolü,” Türk Mühendis ve Mimar Odaları Birliği İstanbul Bülten, s. 76, ss. 10-16, 2005.
5. [5] P. Ahmedzade, M. Yılmaz ve M. Yılmaz “Kar ve buz ile mücadele etmek amacıyla geliştirilen daha etkili ve ekonomik yeni yöntemler,” 7. Ulaştırma Kongresi, İstanbul, Türkiye, 2007, ss. 186-195.
6. [6] L. Fay, X. Shi, “Environmental impacts of chemicals for snow and ice control: State of the knowledge,” Water Air Soil Pollut, c. 223, s. 5, ss. 2751-2770, 2012.
7. [7] A. G. Seferoğlu, M. T. Seferoğlu ve M. V. Akpınar, “Karayolu ve havayolu kaplamalarında kullanılan kar ve buzla mücadele yöntemlerinin mali analizi,” Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part:C, Tasarım Ve Teknoloji, c. 3, s. 1, ss. 407-416, 2015.
8. [8] N. Cilason, N. Aksoy, “Beton yapı hasarları onarım ve korunması ve sıcak iklimlerde beton,” İstanbul, Türkiye: Lebib Yalkın Yayınları, 2000, böl. 2, ss. 7-18.

9. [9] E. Yörükoğulları, “Doğal Zeolitlerin Karayollarında Buz/Kar Çözücü Olarak Kullanımı,” Madencilik Bülteni, s. 75, ss. 40-42, 2005.
10. [10] Q. Yuan, C. Shi, G. De Schutter, K. Audenaert and D. Deng, “Chloride binding of cement-based materials subjected to external chloride environment - A review,” Construction and Building Materials, c. 23, s. 1, ss. 1-13, 2009.
11. [11] C. Qiao, P. Suraneni and J. Weiss, “Damage in cement pastes exposed to NaCl solutions,” Construction and Building Materials, c. 171, ss. 120-127, 2018.
12. [12] Y. Wang, T. Ueda, F. Gong and D. Zhang, “Meso-scale mechanical deterioration of mortar due to sodium chloride attack,” Cement and Concrete Composites, c. 96, ss. 163-173, 2019.
13. [13] N. Kuloğlu, B. V. Kök, “Karayollarında kar ve buz mücadelesinde kullanılan tuzun beton asfalt kaplamaya etkisi,” Fırat Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 17, s. 1, ss. 87-96, 2005.
14. [14] K. Wang, D. E. Nelsen and W. A. Nixon, “Damaging effects of deicing chemicals on concrete materials,” Cement and Concrete Composites, c. 28, s. 2, ss. 173-188, 2006.
15. [15] İ. Bekem, A. B. Gültekin ve Ç. B. Dikmen, “Yapı Ürünlerinin hizmet ömrü açısından irdelenmesi: Betonarme örneği,” 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu (IATS’09), Karabük, Türkiye, 2009, ss.2155-2160.
16. [16] H. Y. Aruntaş, M. Gürü, M. Dayı ve İ. Tekin, “Utilization of waste marble dust as an additive in cement production,” Materials and Design, c. 31, s. 8, ss. 4039-4042, 2010.
17. [17] P. K. Acharya, S. K. Patro, “Strength, sorption and abrasion characteristics of concrete using ferrochrome ash (FCA) and lime as partial replacement of cement,” Cement and Concrete Composites, c. 74, ss. 16-25, 2016.
18. [18] Z. Tang, W. Li, G. Ke, J. L. Zhou and V. W. Tam, “Sulfate attack resistance of sustainable concrete incorporating various industrial solid wastes,” Journal of Cleaner Production, c. 218, ss. 810-822, 2019.
19. [19] N. K. Bui, T. Satomi and H. Takahashi, “Influence of industrial by-products and waste paper sludge ash on properties of recycled aggregate concrete,” Journal of Cleaner Production, c. 214, ss. 403-418, 2019.
20. [20] E. T. Tunc, “ Recycling of marble waste: A review based on strength of concrete containing marble waste,” Journal of environmental management, c. 231, ss. 86-97, 2019.
21. [21] M. Singh, A. Srivastava and D. Bhunia, “Long term strength and durability parameters of hardened concrete on partially replacing cement by dried waste marble powder slurry,” Construction and Building Materials, c. 198, ss. 553-569, 2019.
22. [22] G. Long, X. Wang and Y. Xie, “Very-high-performance concrete with ultrafine powders,” Cement and concrete research, c. 32, ss. 601-605, 2002.
23. [23] S. Kutuk, T. Kutuk-Sert, “Effect of PCA on nanosized ulexite material prepared by mechanical milling,” Arabian Journal for Science and Engineering, c. 42, s. 11, ss. 4801-4809, 2017.
24. [24] Etimaden İşletmeleri Genel Müdürlüğü, Bor sektör raporu, Strateji Geliştirme Daire Başkanlığı, Mayıs 2018, ss. 34.
25. [25] S. Kutuk, “Öğütülmüş nano boyutlu kolemanit mineralinin elementel ve kristal yapı özellikleri,” Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, c. 10, s. 2, ss. 303-313, 2017.
26. [26] Boren Ulusal Bor Araştırma Enstitüsü. (2019, 30 Mart). [Online]. Erişim: https://www.boren.gov.tr/Sayfa/rezervler/26.
27. [27] Y. Erdoğan, M. S. Zeybek ve A. Demirbaş, “Cement mixes containing colemanite from concentrator wastes,” Cement and Concrete Research, c. 28, s. 4, ss. 605-609, 1998.
28. [28] A. Olgun, T. Kavas, Y. Erdogan and G. Once, “Physico-chemical characteristics of chemically activated cement containing boron,” Building and Environment, c. 42, s. 6 ss. 2384-2395, 2007.
29. [29] Boren ulusal bor araştırma enstitüsü. (2019, 30 Mart). [Online]. Erişim: https://www.boren.gov.tr/Sayfa/cimento/36.
30. [30] U.K. Sevim, M. Ozturk, M.B. Bankir ve U. Aydın, “Utilization of Colemanite waste in Concrete Design,” International Journal of Advanced Engineering Research and Science (IJAERS), c.4, s. 12, ss. 170-175, 2017.
31. [31] M.Y. Durgun ve A.H. Sevinç, “High temperature resistance of concretes with GGBFS, waste glass powder, and colemanite ore wastes after different cooling conditions,” Construction and Building Materials, c.196, s. 2019, ss. 66-81, 2019.
32. [32] Agregaların mekanik ve fiziksel özellikleri için deneyler-Bölüm 6: Tane yoğunluğunun ve su emme oranının tayini, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 1097-6, 2013.
33. [33] Beton agregaları, Türk Standartları Enstitüsü TS 706 EN 12620+A1, 2009.
34. [34] Agregaların geometrik özellikleri için deneyler-Bölüm 1: tane büyüklüğü dağılımı tayini-eleme metodu, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 933-1:2012(EN), 2012.
35. [35] S. Kutuk, “Influence of milling parameters on particle size of ulexite material,” Powder Technology, c. 301, ss. 421-428, 2016.
36. [36] S. Kutuk, T. K. Sert, “Partıcle size distribution of nanoscale ulexite mineral prepared by ball milling,” MATTER: International Journal of Science and Technology, c. 3, s. 3, ss. 86-103, 2017.
37. [37] Etimaden İşletmeleri Genel Müdürlüğü. (2018, 20 Aralık). [Online]. Erişim: http://www.etimaden.gov.tr/storage/uploads/2018/01/16-2017-Ground-Colemanite-75-Micron.pdf.
38. [38] T. Kutuk-Sert, “Stability analyses of submicron-boron mineral prepared by mechanical milling process in concrete roads,” Construction and Building Materials, c. 121, ss. 255-264, 2016.
39. [39] Beton karışım tasarımı hesap esasları, Türk Standartları Enstitüsü TS 802, 2016.
40. [40] Beton - Özellik, performans, imalat ve uygunluk, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 206:2013+A1, 2017.
41. [41] Yapılarda beton deneyleri - Bölüm 2: Tahribatsız muayene- Geri sıçrama sayısının belirlenmesi, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 12504-2, 2013.
42. [42] Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete, American Society for Testing and Materials Standarts ASTM C 597, 2009.
43. [43] Beton - Sertleşmiş beton deneyleri - Bölüm 3: Deney numunelerinin basınç dayanımının tayini, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 12390-3, 2010.
44. [44] J. Malek, M. Kaouther, “Destructive and non-destructive testing of concrete structures,” Jordan Journal of Civil Engineering, c. 8, s. 4, ss. 432-441, 2014.
45. [45] H. Y. Qasrawi, “Concrete strength by combined nondestructive methods simply and reliably predicted,” Cement and Concrete Research, c. 30, s. 5, ss. 739-746, 2000.
46. [46] C. Kara, İ. Bekem, “Endüstriyel atıkların beton dayanımı etkisi üzerine bir çalışma: Çay fabrikası kömür külü örneği,” Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi, c. 7, s. 2, ss. 75-85, 2018.
47. [47] S. A. Abo-Qudais, “Effect of concrete mixing parameters on propagation of ultrasonic waves,” Construction and Building Materials, c. 19, s. 4, ss. 257-263, 2005.
48. [48] A. K. Al-Shamiri, J. H. Kim, T. F. Yuan, and Y. S. Yoon, “Modeling the compressive strength of high-strength concrete: An extreme learning approach,” Construction and Building Materials, c. 208, ss. 204-219, 2019.
49. [49] M. A. Elaty, “Compressive strength prediction of Portland cement concrete with age using a new model,” Housing and Building National Research Center Journal, c. 10, s. 2, ss. 145-155, 2014.
50. [50] T. Y. Erdoğan, Beton, Genişletilmiş 2. Baskı, Ankara, Türkiye: ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık ve İletişim A.Ş., 2003, böl. 18, ss. 440-510.
51. [51] B. Baradan, H. Yazıcı ve S. Aydın, Beton, İzmir, Türkiye: Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Yayınları, 2012, ss. 825.
52. [52] S. A. Mangi, M. H. W. Ibrahim, N. Jamaluddin, M. F. Arshad and R. P. Jaya, “Short-term effects of sulphate and chloride on the concrete containing coal bottom ash as supplementary cementitious material,” Engineering Science and Technology, an International Journal, c. 22, s. 2, ss. 515-522, 2019.