Characterization of Waste Bottom Ashes of Thrace Region for Concrete Production

Öz

The coal bottom ash accumulated at the bottom of the boilers due to the burning of coal harm the environment both due to the need for storage space during their disposal and the possibility of leakage of pollutants into the groundwater in the area where they are stored. Therefore, in many studies, studies are carried out on the use of coal bottom ashes in the coThe coal bottom ash accumulated at the bottom of the boilers due to the burning of coal harm the environment both due to the need for storage space during their disposal and the possibility of leakage of pollutants into the groundwater in the area where they are stored. Therefore, in many studies, studies are carried out on the use of coal bottom ashes in the construction industry instead of cement or sand in the production of mortar/concrete. Bottom ash is used as a binder instead of cement, as aggregate instead of sand, or as a filling material instead of very fine material. In this study, the chemical composition, grain shape characteristics and strength activity index of the bottom ash obtained from a landfill facility in Tekirdağ-Çorlu, where the bottom ash of the Thrace Region was disposed of, were determined and a comparison with CEM I 42.5 R Portland cement was made considering these features. As a result of the study, the 28-day strength activity index of 75 µm under-sieve waste bottom ashes was obtained as 79.8%. This value provides the 75% limit given for fly ash. Accordingly, 75 µm under-sieve waste bottom ashes used in the study were considered to be usable at certain levels instead of cement, since they showed pozzolanic properties. It has been stated that the 2 mm sieve bottom ash is quite fine compared to CEN standard sand and its use instead of CEN standard sand may reduce the workability of fresh concrete/mortar samples.nstruction industry instead of cement or sand in the production of mortar/concrete. Bottom ash is used as a binder instead of cement, as aggregate instead of sand, or as a filling material instead of very fine material. In this study, the chemical composition, grain shape characteristics and strength activity index of the bottom ash obtained from a landfill facility in Tekirdağ-Çorlu, where the bottom ash of the Thrace Region was disposed of, were determined and a comparison with CEM I 42.5 R Portland cement was made considering these features. As a result of the study, the 28-day strength activity index of 75 µm under-sieve waste bottom ashes was obtained as 79.8%. This value provides the 75% limit given for fly ash. Accordingly, 75 µm under-sieve waste bottom ashes used in the study were considered to be usable at certain levels instead of cement, since they showed pozzolanic properties. It has been stated that the 2 mm sieve bottom ash is quite fine compared to CEN standard sand and its use instead of CEN standard sand may reduce the workability of fresh concrete/mortar samples.

Anahtar Kelimeler

• Waste bottom ash
• chemial property
• pozzolanic activity
• portland cement.

Trakya Bölgesi Atık Taban Küllerinin Beton Üretimi için Karakterizasyonu

Öz

Kömürün yanması ile kazan diplerinde biriken taban külleri hem bertarafları sırasında depolama alanı ihtiyaçları dolayısıyla hem de depolandıkları bölgede kirleticilerin yeraltı sularına sızma olasılıkları nedeniyle çevreye zarar vermektedirler. Bundan dolayı birçok çalışmada taban küllerinin inşaat sektöründe çimento veya kum yerine harç/beton yapımında kullanımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Atık taban külleri, çimento yerine bağlayıcı olarak ve kum yerine agrega olarak veya çok iKömürün yanması ile kazan diplerinde biriken taban külleri hem bertarafları sırasında depolama alanı ihtiyaçları dolayısıyla hem de depolandıkları bölgede kirleticilerin yeraltı sularına sızma olasılıkları nedeniyle çevreye zarar vermektedirler. Bundan dolayı birçok çalışmada taban küllerinin inşaat sektöründe çimento veya kum yerine harç/beton yapımında kullanımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Atık taban külleri, çimento yerine bağlayıcı olarak ve kum yerine agrega olarak veya çok ince malzeme yerine dolgu malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada Trakya Bölgesi taban küllerinin bertaraf edildiği Tekirdağ-Çorlu’da bulunan bir düzenli depolama tesisinden temin edilen taban küllerinin kimyasal bileşimi, tane biçim özellikleri ve dayanım aktivite indeksi belirlenmiş ve bu özellikler dikkate alınarak CEM I 42,5 R Portland çimentosu ile karşılaştırma yapılmıştır. Çalışma sonuçlarında 75 m elek altı atık taban küllerinin 28 günlük dayanım aktivite indeksi %79.8 olarak elde edilmiştir. Bu değer uçucu küller için verilen %75 sınırını sağlamaktadır. Buna göre çalışmada kullanılan 75 m elek altı atık taban külleri puzolanik özellik gösterdiği için çimento yerine belirli düzeylerde kullanılabilir olarak değerlendirilmiştir. 2 mm elek altı taban külünün CEN standard kuma göre oldukça ince olduğu ve CEN standard kum yerine kullanımının taze beton/harç numunelerinin işlenebilirliğini azaltabileceği belirtilmiştir. nce malzeme yerine dolgu malzemesi olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada Trakya Bölgesi taban küllerinin bertaraf edildiği Tekirdağ-Çorlu’da bulunan bir düzenli depolama tesisinden temin edilen taban küllerinin kimyasal bileşimi, tane biçim özellikleri ve dayanım aktivite indeksi belirlenmiş ve bu özellikler dikkate alınarak CEM I 42,5 R Portland çimentosu ile karşılaştırma yapılmıştır. Çalışma sonuçlarında 75 m elek altı atık taban küllerinin 28 günlük dayanım aktivite indeksi %79.8 olarak elde edilmiştir. Bu değer uçucu küller için verilen %75 sınırını sağlamaktadır. Buna göre çalışmada kullanılan 75 m elek altı atık taban külleri puzolanik özellik gösterdiği için çimento yerine belirli düzeylerde kullanılabilir olarak değerlendirilmiştir. 2 mm elek altı taban külünün CEN standard kuma göre oldukça ince olduğu ve CEN standard kum yerine kullanımının taze beton/harç numunelerinin işlenebilirliğini azaltabileceği belirtilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Taban külü
• kimyasal özellik
• puzolanik aktivite
• Portland çimentosu

Kaynakça

1. [1] Statista, 2020. Leading countries by coal consumption worldwide in 2020, https://www.statista.com/statistics/265510/countries-with-the-largest-coal-consumption/
2. [2] TEİAŞ, 2020. Türkiye Elektrik İletim Anonim Şirketi, https://www.teias.gov.tr/tr-TR/turkiye-elektrik-uretim-iletim-istatistikleri
3. [3] Tatiana, S. (2017). 2 Tennessee Cases Bring Coal's Hidden Hazard to Light. The New York Times. https://www.nytimes.com/2017/04/15/climate/tennessee-coal-ash-disposal-lawsuits.html
4. [4] Cwirzen, A. (2020). Self-Compacting: Materials Properties ans Applications. Woodhead Publishing. Copyright © 2020 Elsevier Inc. All.
5. [5] Yao, Z.T., Ji, X.S., Sarker, P.K., Tang, J.H., Ge, L.Q., Xia, M.S., Xi, Y.Q. (2015). A comprehensive review on the applications of coal fl y ash. Earth-Science Reviews, 141, 105–121.
6. [6] Singh, N. (2020) Shehnazdeep, Bhardwaj, A. (2020). Reviewing the role of coal bottom ash as an alternative of cement. Construction and Building Materials, 233, 117276.
7. [7] Mohammed, S.A., Koting, S., Katman, H.Y.B., Babalghaith, A.M., Pata, M.F.A., Ibrahim, R.M., and Karim, M.R. (2021). A Review of the Utilization of Coal Bottom Ash (CBA) in the Construction Industry. Sustainability, 13(14), 8031. https://doi.org/10.3390/su13148031
8. [8] Maliki A. I. F., Shahidan S., Ali N., Ramzi Hannan N. I. R., Zuki S. S, Ibrahim M. W, Azmi M. A and Rahim M. A. (2017). Compressive and tensile strength for concrete containing coal bottom ash. Materials Science and Engineering Conference Series, 271, 012055. doi:10.1088/1757-899X/271/1/012055

9. [9] Singh M. and Siddique R. (2013). Effect of coal bottom ash as partial replacement of sand onproperties of concrete Resources, conservation and recycling. 72, 20-32
10. [10] Lynn C. J, Ghataora G. S. and Obe R. K. D. (2017). Municipal incinerated bottom ash (MIBA) characteristics and potential for use in road pavements. International Journal of Pavement Research and Technology, 10, 185-201.
11. [11] El Alami, S.M.E., Moussaoui, R. Monkade, M., Lahlou, K., Hasheminejad, N., Margaritis, A., Bergh, W. Van den Bergh, Vuye, C. (2019). Lime Treatment of Coal Bottom Ash for Use in Road Pavements: Application to EL Jadida Zone in Morocco. Materials, 12, 1–15.
12. [12] Ramzi N. I. R., Shahiron Shahidan, Maarof, M. Z., Ali, N. (2016). Physical and Chemical Properties of Coal Bottom Ash (CBA) from Tanjung Bin Power Plant. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 160, 012056 doi:10.1088/1757-899X/160/1/012056
13. [13] Klangvijit W. ve K. Sookramoon, K. (2018). Study of the Mix Cement Properties of Mortar Cement Used in Masonry and Plaster from the Waste Biscuit Firing of Ceramic. MATEC Web of Conferences 187, 02005. https://doi.org/10.1051/matecconf/201818702005, ICCMP 2018.
14. [14] Abubakar A.U., Baharudin K.S., (2012). Potential Use of Malaysian Thermal Power Plants Coal Bottom Ash in Construction, International Journal of Sustainable Construction Engineering Technology, 3(2), 25–37.
15. [15] Basirun, N.F., Wan Ibrahim, M.H., Jamaludin N. ve Jaya, R.P. (2017). A Review: The Effect of Grinded Coal Bottom Ash on Concrete. MATEC Web of Conferences 103, 01007. DOI: 10.1051/matecconf/20171030100, ISCEE 2016
16. [16] Koçak, Y. (2011). Termik Santral Atığı Uçucu Külün Portland Çimentosu Özelliklerine Etkisi. Politeknik Dergisi, 14(2),135-140, 2011.
17. [17] Konak, S., Granüle Yüksek Fırın Cürufu ve Taban Külü İnce Agregaları ile Üretilmiş Betonun Gerilme Şekil Değiştirme Davranışının İncelenmesi (2018), Yüksek Lisans Tezi, Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Zonguldak.
18. [18] Tınmaz Köse E., Akyıldız A., Yıldız A. (2013). Recycling of Coal Ash as a Building Material via a Stabilization/Solidification Method. Global Nest Journal, 15 ( 4), 485-493.
19. [19] Singh M., Siddique R. (2016). Effect Of Coal Bottom Ash As Partial Replacement Of Sand On Workability And Strength Properties Of Concrete. Journal of Cleaner Production, 112, 620-630.
20. [20] Ullah, A., Kassim, A., Abbil, A., Matusin, S., Rashid, A. S. A., Yunus, N. Z. M., Abuelgasim, R. (2020). Evaluation of Coal Bottom Ash Properties and Its Applicability as Engineering Material, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science, 498, 012044.
21. [21] Basirun, N.F., Wan Ibrahim, M.H., Jamaludin N. ve Jaya, R.P. (2017). A Review: The Effect of Grinded Coal Bottom Ash on Concrete. MATEC Web of Conferences, 103, 01007. DOI: 10.1051/matecconf/20171030100, ISCEE 2016.
22. [22] Ibrahim, M. H. W., Hamzah, A. F., Jamaluddin, N., Ramadhansyah, P. J., Fadzil, A. M. (2015). Split Tensile Strength on Self-compacting Concrete Containing Coal Bottom Ash. Procedia - Soc. Behav. Sci., 195, 2280–2289.
23. [23] Syahrul, M., Sani, M., Muftah, F., Muda, Z. (2010). The Properties of Special Concrete Using Washed Bottom Ash (WBA) as Partial Sand Replacement. International Journal of Sustainable Construction Engineering and Technology, 1(2), 65–76. [24] TS EN 197-1. Çimento- Bölüm 1: Genel çimentolar- Bileşim, özellikler ve uygunluk kriterleri
24. [25] TS EN 196-1. Çimento deney metotları- Bölüm 1: Dayanım
25. [26] TS EN 450-1. Uçucu Kül - Betonda kullanılan - Bölüm 1: Tarif, özellikler ve uygunluk kriterleri
26. [27] Prakash, K. ve Sridharan, A. (2009). Beneficial Properties of Coal Ashes and Effective Solid Waste Management. Practice Periodical of Hazardous, Toxic, and Radioactive Waste Management, 13(4), 239-248.
27. [28] Bhatt, A., Priyadarshini, S., Mohanakrishnan, A. A., Abri, A., Sattler, M., Techapaphawit, S. (2019). Physical, chemical, and geotechnical properties of coal fly ash: A global review. Case Studies in Construction Materials, 11, e00263.
28. [29] Singh, M., Siddique, R. (2013). Effect of coal bottom ash as partial replacement of sand on properties of concrete. Resources, Conservation and Recycling, Resources, 72, 20-32.
29. [30] ASTM C 188. Standard Test Method For Density Of Hydraulic Cement
30. [31] TS EN 196-6. Çimento deney yöntemleri - Bölüm 6: İncelik tayini
31. [32] TS 25. Doğal puzolan (tras)-Çimento ve betonda kullanılan-Tarifler, gerekler ve uygunluk kriterleri.