Investigation of the Effect of Fly Ash on the Strength and Binding of Building Materials

Abstract

Due to the climate change experienced in the world, researches on the use of light building materials such as energy supply have gained speed in recent years. Since many of the design applications will also indirectly affect the climate, researches will help promote a low carbon future, regardless of fosil fuels. Properties required in building materials; economy, strength, human health and environment has no negative impact. Coal-fired thermal power plants in 2017 was 63 million tons of lignite consumed for the purpose of electricity generation in Turkey. The fly ashes obtained from the burned coals are stored in storage areas, and they are carried by wind, underground and groundwater, adversely affecting the environment and human health. In this study, Yatağan Thermal Power Plant waste fly ash, which has puzolan feature, high lime ratio, is used. Research was conducted on strength of material and the binding properties of fly ash, which is thought to can be used instead of cement, lime and plaster, known as Standard binding materials. Mechanical strengths were determined by applying pressure and bending tests to samples of certain sizes produced in experimental studies. As a result of the experiments, the highest bending strength was determinated 2.39 MPa in sample 4.4, the highest compressive strength was determinated 10.03 MPa in sample 3.1. As a result of the studies, the binding effect of the pozzolan fly ashes was observed and it was determined that the mechanical strength was increased by as filling material.

Keywords

• Binder materials
• Clay
• Lime
• Fly ash

Uçucu Külün Yapı Malzemelerinin Mukavemeti ve Bağlayıcılığına Etkisinin Araştırılması

Abstract

Dünyada yaşanılan iklim değişikli nedeniyle enerji temini gibi hafif yapı malzemelerinin kullanımına yönelik araştırmalar son yıllarda hız kazanmıştır. Tasarım uygulamalarının birçoğu iklimi de dolaylı olarak etkileyecek nitelikte olduğundan yapılan araştırmalar, fosil yakıtlara bağlı olmaksızın, düşük karbonlu bir geleceği teşvik etmeye yardımcı olacaktır. Yapı malzemelerinde aranan özellikler; ekonomiklik, dayanım, insan sağlığına ve çevreye olumsuz etkisinin bulunmamasıdır. Türkiye’de kömür yakıtlı termik santrallerde 2017 yılında 63 milyon ton linyit elektrik üretimi amacıyla tüketilmiştir. Yakılan kömürlerden elde edilen uçucu küller, depolama alanlarında depolanmakta rüzgar, yer altı ve yer üstü suyu ile taşınarak çevre ve insan sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu çalışmada, puzolan özellik gösteren, kireç oranı yüksek ve atık malzeme nitelendiğinde Yatağan Termik Santrali uçucu külü kullanılmıştır. Standart bağlayıcı malzemeler olarak bilinen çimento, kireç ve alçı yerine kullanılabileceği düşünülen uçucu külün bağlayıcı özelliği ve malzemenin mukavemeti üzerine araştırma yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda üretilen 4x4x16 cm ebatlarındaki numunelere basınç ve eğilme deneyleri uygulanarak mekanik dayanımları belirlenmiştir. Deneyler sonucunda 4.4 nolu numunede en yüksek eğilme dayanımı 2,39 MPa, 3.1 nolu numunede en yüksek basınç dayanımı 10,03 MPa olarak bulunmuştur. Yapılan çalışmalar sonucunda puzolan özelliğe sahip uçucu küllerin bağlayıcı etkisi görülmüş ve dolgu malzemesi olarak mekanik dayanımda artış sağladığı tespit edilmiştir.

Keywords

• Bağlayıcı malzemeler
• Kil
• Kireç
• Uçucu kül

References

1. [1] H. Y. Aruntaş, “Uçucu küllerin inşaat sektöründe kullanım potansiyeli,”Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakiltesi Dergisi, c. 21,s. 1, ss. 193-203, 2006.
2. [2] T. Çiçek and Y. Çinçin, “Use of fly ash in production of light-weight building bricks,” Construction and Building Materials, vol. 94, pp. 521-527, 2015.
3. [3] E. Şadoğlu ve Ü. Çalık, “Kireç ve perlitle stabilize edilen yüksek plastisiteli kil zeminin geçirimliliği,” Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakiltesi Dergisi, c. 35, s. 2, ss. 551-561, 2020.
4. [4] P. Ö. Erdoğan ve H. M. Başar, “Deniz dibi tarama malzemesi, kömür uçucu külü ve atık döküm kumunun hafif agrega olarak geri kazanımı,” Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakiltesi Dergisi, c. 34, s. 3, ss. 1377-1394, 2019.
5. [5] Y. Yılmaz,“Beton üretiminde uçucu kül ve yüksek fırın cürufu kullanılmasının etkileri ve maliyet analizi,” Yüksek lisans tezi, Biyosistem Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Namık Kemal Üniversitesi, Tekirdağ, Türkiye, 2014.
6. [6] N. Nordin, M. M. A. B. Abdullah, M. F. M. Tahir, A. V. Sandu and H. Kamarudin, “Utilization of fly ash waste as construction material,” International Journal of Conservation Science, vol. 7, pp. 161-166, 2016.
7. [7] M. Çavuş, M. Dayı, H. Ulusu ve H. Y. Aruntaş, “Sürdürülebilir Bir Yapı Malzemesi Olarak Kerpiç,” 2. Uluslararası Sürdürülebilir Yapı Sempozyumu, Ankara, Türkiye, 2015, ss. 184-192.
8. [8] S. Abbas, M. A. Saleem, and M. J. Munir, “Production of sustainable clay bricks using waste fly ash: Mechanical and durability properties,” Journal of Building Engineering, vol. 14, pp.7-14, 2017.

9. [9] Çimento-Bölüm 1: Genel çimentolar-Bileşim, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 197-1, 2012.
10. [10] Standard Specification for Coal Fly Ash and Rawor Calcined Natural Pozzolan for Use in Concrete, American Society for Testing and Materials ASTM C 618-19, 2019.
11. [11] Uçucu Kül-Betonda Kullanılan-Bölüm 1: Tarif, Özellikler ve Uygunluk Kriterleri, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 450-1, 2012.
12. [12] P. Türker, B. Erdoğan, F. Katnaş ve A. Yeğinobalı, “Kimyasal, mineralojik ve morfolojik analiz sonuçları, Türkiye’deki uçucu küllerin sınıflandırılması ve özellikleri”, Ankara, Türkiye, Türkiye Çimento Müstahsilleri Birliği ArGe Enstitüsü, Fersa Matbaacılık, 2009, ss. 19-89.
13. [13] Çimento Deney Yöntemleri-Bölüm 3: Priz Süreleri ve Genleşme Tayini, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 196-3, 2017.
14. [14] Sular-İnsanî Tüketim Amaçlı Sular, Türk Standartları Enstitüsü TSE 266, 2010.
15. [15] Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm 2:Dayanım Deneylerinde Kullanılacak Deney Numunelerinin Hazırlanması ve Küre Tabi Tutulması, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 12390-2, 2019.
16. [16] Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm 5: Deney Numunelerinin Eğilme Dayanımının Tayini, Türk Standartları Enstitüsü TSEN 12390-5, 2019.
17. [17] O. Şimşek, Beton Bileşenleri ve Beton Deneyleri, Ankara, Türkiye, Seçkin Yayıncılık,2011.
18. [18] Beton-Sertleşmiş Beton Deneyleri-Bölüm 4: Basınç Dayanımı-Deney Makinelerinin Özellikleri, Türk Standartları Enstitüsü TS EN 12390-4, 2019.
19. [19] B. Akkaya ve İ. Toroğlu,“Uçucu külün boyutu ile puzolanik aktivitesi arasındaki ilişkinin incelenmesi,” Karaelmas Fen ve Mühendislik Dergisi, c. 7, s. 2, ss. 412-418, 2017.
20. [20] S. Naganathan, A. Y. O. Mohamed, S. Jamaliand K. N. Mustapha, “Performance of bricks made using fly ash and bottom ash,” Construction and Building Materials, vol. 96, pp. 576-580, 2015.
21. [21] T. Çiçek and T. Tanrıverdi, “Lime based steam auto claved fly ash bricks,” Construction and Building Materials, vol. 21, no. 6, pp. 1295-1300, 2007.
22. [22] A. Biçer, “Effect of fly ash particle size on thermal and mechanical properties of flyash-cement composites,” ThermalScienceandEngineeringProgress,vol. 8, pp. 78-82, 2018.
23. [23] J. Yu, C. Lu, C. K. Y. Leung, G. Li, “Mechanical properties of gren structural concrete with ultrahigh-volume fly ash,” Construction and Building Materials, vol. 147, pp. 510-518, 2017.
24. [24] S. Jahanian and H. Rostami, “Alkali ash material, a novelmaterial for ınfrastructure enhancement,” Engineering Strucures,vol. 23, no. 6, pp.736-742, 2001.
25. [25] M. Gürü, S. Tekeli and E. Akın, “Manufacturing of polymer matrix composite material using marbledust and fly ash,” Key Engineering Materials, vol. 336-338, pp. 1353-1356, 2007.
26. [26] F. Acar, “Kutlubey-Yazıcılar bölgesi killerinin fiziksel ve mekanik özelliklerinin Çatalağzı uçucu külü ile stabilizasyon,” Yüksek lisans tezi, İnşaat Mühendisliği, Fen Bilimleri Enstitüsü, Bartın Üniversitesi, Bartın,Türkiye, 2019.
27. [27] K. Bitirim,“Termal santrallerden elde edilen uçucu kül tabanlı nanopartiküllerin türlerinin belirlenmesi, yapısal karakterizasyonu ve termoplastik nanokompozit dolgu malzemesi olarak kullanım potansiyellerinin araştırılması,” Yüksek lisans tezi, Mikro ve Nanoteknoloji, Fen Bilimleri Enstitüsü, TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Ankara, Türkiye, 2019.